I ricercatori Technion hanno dimostrato, per la prima volta, che le emissioni laser possono essere create attraverso l'interazione delle onde luminose e dell'acqua. Questo "laser ad onde d'acqua" potrebbe un giorno essere utilizzato in minuscoli sensori che combinano onde luminose, onde sonore e d'acqua, o come caratteristica su dispositivi microfluidici "lab-on-a-chip" utilizzati per studiare la biologia cellulare e per testare nuove terapie farmacologiche.

Per adesso, il laser a onde d'acqua offre un "parco giochi" per gli scienziati che studiano l'interazione tra luce e fluido su una scala inferiore alla larghezza di un capello umano, scrivono i ricercatori nel nuovo rapporto, pubblicato la scorsa settimana in Fotonica della natura .

Lo studio è stato condotto dagli studenti del Technion-Israel Institute of Technology Shmuel Kaminski, Leopoldo Martino, e Shai Maayani, sotto la supervisione del professor Tal Carmon, capo del Centro di Optomeccanica presso la Facoltà di Ingegneria Meccanica del Technion. Carmon ha affermato che lo studio è il primo ponte tra due aree di ricerca che in precedenza erano considerate non correlate l'una all'altra:l'ottica non lineare e le onde d'acqua.

Un tipico laser può essere creato quando gli elettroni negli atomi vengono "eccitati" dall'energia assorbita da una sorgente esterna, facendoli emettere radiazioni sotto forma di luce laser. Il professor Carmon ei suoi colleghi ora mostrano per la prima volta che le oscillazioni delle onde d'acqua all'interno di un dispositivo liquido possono anche generare radiazioni laser.

Non è stata esaminata la possibilità di creare un laser attraverso l'interazione della luce con le onde dell'acqua, Carmon ha detto, principalmente a causa dell'enorme differenza tra la bassa frequenza delle onde d'acqua sulla superficie di un liquido (circa 1, 000 oscillazioni al secondo) e l'alta frequenza delle oscillazioni delle onde luminose (10 ¹⁴ oscillazioni al secondo). Questa differenza di frequenza riduce l'efficienza del trasferimento di energia tra onde luminose e onde d'acqua, che è necessario per produrre l'emissione laser.

Per compensare questa bassa efficienza, i ricercatori hanno creato un dispositivo in cui una fibra ottica fornisce luce in una minuscola gocciolina di ottano e acqua. Le onde luminose e le onde d'acqua si attraversano molte volte (circa un milione di volte) all'interno della gocciolina, generando l'energia che lascia la goccia come emissione del laser ad onda d'acqua.

L'interazione tra la luce della fibra ottica e le minuscole vibrazioni sulla superficie della goccia è come un'eco, i ricercatori hanno notato, dove l'interazione delle onde sonore e la superficie che attraversano può rendere udibile più volte un singolo urlo. Per aumentare questo effetto eco nel loro dispositivo, i ricercatori hanno utilizzato altamente trasparente, liquidi che cola, per incoraggiare le interazioni di luce e goccioline.

Per di più, una goccia d'acqua è un milione di volte più morbida dei materiali utilizzati nell'attuale tecnologia laser. La minima pressione esercitata dalla luce può quindi causare una deformazione delle gocce che è un milione di volte maggiore rispetto a un tipico dispositivo optomeccanico, che può offrire un maggiore controllo delle emissioni e delle capacità del laser, hanno detto gli scienziati del Technion.