新液晶弹性体材料能够不使用腔镜的情况下精确发射激光

液晶弹性体在Peter Palffy-Muhoray博士的实验室里作为机械可调无腔镜的“橡胶”激光使用。PeterPalffy-Muhoray博士是肯特州立大学(Kent State University)化学物理教授和Glenn H. Brown液晶研究所副主任。该弹性体具有当其被拉伸的时候，能够不使用腔镜而精确发射激光的性能。

液晶弹性体(LCE)，本质上是具有液晶性质的橡胶，可以做许多有趣的事情，特别是在光学、光子学、通信和医学领域。当暴露于光、热、气体和其他刺激物时，它们可以卷曲、弯曲、扭曲、起皱和伸展。因为它们是如此的反应灵敏，所以它们非常适合使用在如人造肌肉和血管，执行器，传感器，塑料马达和药物输送系统等应用上。他们甚至可以作为一种机械可调无腔镜的“橡胶”激光来使用。

Peter Palffy-Muhoray博士是肯特州立大学艺术与科学学院的化学物理教授和Glenn H. Brown液晶研究所副主任，已经与世界的专家在液晶弹性体的研究上合作多年。最近，他和他的研究助手AndriiVaranytsia，和来自日本京都技术学院的Kenji Urayama和Hama Naga开发了第一种具有特殊性能的胆甾液晶弹性体，当其被拉伸的时候，能够不使用腔镜而精确发射激光。

激光器由激光腔组成，激光腔通常由固定的反射镜形成。在这些反射镜之间反射的光具有一个特征频率，就像一定长度的吉他弦那样。腔内的发光材料对光波进行放大，并以一个精确的频率发射，就像一些乐器发出的纯净的乐音。

2001年，Palffy Muhoray，BahmanTaheri博士和其他几个同事们第一个证明，他们可以利用液晶在材料内部来回反射激光，而无需任何外部的腔镜。然而，那时候还不能精确的控制激光发射频率。

他们最近的工作由美国国家科学基金会和日本学术振兴会资助，其研究成果发表在12月4日的《Nature》杂志上，文章题目为《精确测量应变的胆甾液晶弹性体中的可调谐激射》。

“我们可以以所了解到的信息为基础走向应用——如可以通过光纤从远处访问的远程传感器以及非常难生成的精确可调谐光源”Palffy Muhoray说。

该传感器可以测量应变——一个很小的长度变化;或着测量应力——单位面积上的力。

“从原理上来说，它也可以放进鞋子里面来测量糖尿病足的剪切应力，而且可以通过光纤访问;往光纤里发送一个光脉冲，激光发射的返回光的颜色会携带有关于应变的信息，”PalffyMuhoray说，“同样地，远程设备也可以通过光纤使用光来测量压力、应变、温度和化学物质的存在来监控。

液晶同时作为分布腔主体和有源介质。对这样一个样本进行简单的光泵浦可以得到在频带边缘的低阈值无腔镜激射。当其成分的取向顺序改变的时候——例如通过改变温度，施加一个场或引入杂质，液晶弹性体可以改变它们的形状。

“我们将继续进行这方面的工作，开发更好的可调谐激光新材料，”Palffy Muhoray说，“今天，主要是在追求更好地理解光与物质的相互作用的科学家和规划未来器件的工程师受益于我们的研究结果。然而，明天，更大的社会非常有可能也会受益于此。在1970年之前，液晶研究主要是由科学好奇心驱动。肯特州立大学的液晶研究所发现的扭曲的向列效应和液晶显示器的发明改变了显示技术，造福全人类。”