新型激光器,灵感来自鸟羽 | 科技评论主题站 | 果壳网 科技有意思
（文/Lisa Grossman）一种新形激光器能像色彩斑斓的鸟羽一样捕获光线。这种设备在纳米量级上模拟了五颜六色的羽毛结构，可以产生几乎所有颜色的高密度激光。
该激光能够俘获一种特殊材料内部和周围产生的光子，而这种材料受激后可以发射出更多相同波长或颜色的光。但是为了得到明亮的光束，光子需要在材料中逗留很长时间。
强制光子来回反弹，可以为光子赢得足够多的时间。传统的激光器也会驱使光子在两面镜子之间反弹。近年来，物理学家们制造了由特制玻璃片组成的激光器。玻璃片中钻有空气孔，光线被约束在孔间的特定路线上，从而能够经历足够长的反弹路径产生激光。
物理学家们一直尝试把孔安排得紧密有序且又完全随机。但是这两个选择都有缺点，有序排列只能产生一种波长的激光且成本高昂，而随机排列产生的激光效率较低。
耶鲁大学的物理学家曹辉（音译 Hui Cao）和她的同事尝试了折中的办法，孔排列远看时随机，近看时却紧密有序。这与鸟羽毛中的气囊配置类似。他们的研究结果发表在了5月6日的《物理评论快报》上。
某些色彩艳丽的鸟羽中嵌有不完全随机分布的气囊，如翠鸟和鹦鹉。波长与气囊间距离相近的光比其他光更容易被散射和组合，这给予了羽毛明艳的颜色。（如上图所示）
“我们得知该原理时说：‘哦，真是个好主意！’”曹辉说，“我们可以利用这个原理改进激光器吗？也许我们可以利用近程有序加强对光的限制，产生效率更高的激光。”
曹辉的团队在190纳米厚的砷化镓薄板上钻了一些孔。砷化镓是一种特殊的半导体材料，可以高效地传递光线，在光学研究中应用广泛。孔之间的距离为235纳米到275纳米。这种材料包含了一层等距分布的量子点，它们在被光子击中时可以激发更多的光子。根据物理学家的分析，光子进入材料之后会在孔之间反弹，反弹的距离可以促使量子点发出足够数量的光子从而产生激光。
当研究人员照亮微型晶片时，它发出了波长约为1000纳米的激光，在电磁光谱上处于近红外波段。它比随机模式的激光器效率高很多。研究人员还发现可以通过调整孔之间的距离改变激光的波长。
“就像鸟儿改变近程有序得到不同的羽毛颜色一样。我们也能做到同样的事情。”曹辉说。
曹辉还没有想到如何把这种可调、高效激光器应用到实际中。不过她指出与长程有序激光器相比，她的激光器更便宜也更简易。
“我们能够引入控制，但它不必太完美。”她说，“这是我们从大自然中学到的。”
曹辉和她的同事正试图使用真正的鸟羽毛做模版。他们希望把微型半导体嵌入到气囊中，并溶解掉连接气囊的角蛋白。这可能是制造极短波长激光器的更简单方法，可以发出蓝色或者紫外线光谱区域的激光。
也许研究鸟类如何发育出羽毛会更有趣，俄亥俄州阿克伦大学的生物学家马特·肖基说。
“鸟类似乎很容易就做到了。它们有成千上万根羽毛。”他说，“如果能祛除繁琐艰苦的过程，让它们自己生长出来，那么就几乎不需要花费时间和精力。研究羽毛生长时鸟类改变的参数实在很酷！”
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博主介绍：Lisa Grossman 2009年毕业于加州大学Santa Cruz分校，科技交流专业。毕业后，她一直从事科技写作工作，从硕士期间便在Science News等地方做编辑，现在在Wired上开博。她的博客内容涉及面相当广，涵盖各个学科。