第一代紙基陶瓷制備的隨機激光器出爐啦！

材料牛注：慕尼黑工業大學（Technical University of Munich ，縮寫為TUM）的研究者們通過試驗，建立了第一臺基于纖維紙的可控隨機激光器，從而使得由基礎理論研究到潛在應用實現的過程觸手可及。

慕尼黑工業大學的Cordt Zollfrank教授率領的研究團隊同羅馬大學（University of Rome）的物理學家合作，在施特勞賓（Straubing）建立了第一臺基于纖維紙的可控隨機激光器。該團隊由此展示了自然界中存在的結構如何應用于科學技術中。自此，人們不再需要為材料人工接上無序結構，而可以考慮使用天然存在的結構來替代。

在施特勞賓科技中心（Straubing Center of Science），受生物學啟發的材料合成是慕尼黑工業大學的生物聚合物研究工作的一個研究領域。該技術使用天然生物材料的模型來開發新的材料和科技。據科學家Daniel Van Opdenbosch博士透露，最近一期發表的《先進光學材料》刊登了這一由來自施特勞賓和羅馬的科學家組成的科研團隊合作完成的基礎理論研究，該團隊成功地將一種生物結構作為模板應用于隨機激光器中。

激光器有兩個基本構成部分：一個是將光線放大的介質，另一個是讓光在介質中停留的結構。傳統的激光器使用鏡子控制光照統一在所需要的單一方向上。隨機激光器的顯微結構也展現出一致性，但是是在不同的方向上。盡管隨機激光器的發展仍處于初始階段，但在將來它一定能實現低成本生產。隨機激光器有著不依賴方向和具有多重顏色等優點，除此之外，它還有很多好處。

無序結構可轉移所有方向的光。Van Opdenbosch解釋道：“隨機激光器的先決條件是內部結構混亂定義程度。”隨機激光器中的光沿著隨機路線以任意角度散射，這是由介質內部不規則的結構決定的。該研究團隊由施特勞賓生物聚合物領域Zollfrank教授帶領，他們用傳統的實驗室濾紙作為結構模板。Van Opdenbosch繼續補充道：“這種濾紙有長纖維并由此得到了穩定的結構，因此我們認為它是適用的。”

在實驗室中，該濾紙浸漬了四乙基正鈦酸鹽（一種有機金屬化合物）。當研究人員將其干燥并將纖維素在500℃燒掉后，殘留下來的是二氧化鈦陶瓷——這種物質常用于防曬霜中。Van Opdenbosch說道：“它在防曬霜中發揮作用主要基于二氧化鈦較強的光散射效應，我們也將之用于隨機激光器。”他補充解釋了原理：“我們的激光被稱為‘隨機的’，是因為實驗室濾紙的生物結構也能使光發生反向散射，從而光將被散射到不同方向。”

隨機激光器并不那么隨機。然而，正如由羅馬復雜系統研究所（Institute for Complex Systems）的Claudio Conti團隊（該團隊同Daniel Van Opdenbosch和Cordt Zollfrank一起合作）發現的那樣，盡管光波具有隨機性，它們仍是可控的。通過使用分光計，研究人員能把由不同材料產生的不同激光波長區分開來。

Van Opdenbosch描述了該過程：“該試驗設置用于了解包含能量可調的綠色激光器的樣品、顯微鏡和允許樣品移動的移動表的信息。從而我們的同事能測定在不同的能級，材料不同區域發射出的不同波長的激光。”根據這種分析，研究者們能以不同方式配置激光，并確定其發射方向和強度。

這種理論使潛在應用的實現觸手可及。Van Opdenbosch說道：“這種材料可作為微動開關或用于觀測結構變化的探測器。”

原文鏈接：First random laser made of paper-based ceramics。

文獻鏈接：Biomimetic Random Lasers with Tunable Spatial and Temporal Coherence。

本文由材料人編輯部楊超提供素材，朱星燁編譯，丁琬芝審核，點我加入材料人編輯部。

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