【48812】“冰光纤”面世柔软且可高效导光

  因为抱负冰单晶在可见光波段具有极低的吸收和散射特性，逐渐优化制备和测验条件，将有或许是在冰微纳光纤完成超低损耗光传输。

  一段冰柱可否呈现出堪比撑竿的曲折程度？乍听之下不或许。在人们的知识中，冰是一种脆性的易碎物质，没有弹性、无法弯折。然而在微观规范下，科学家打破了这一固有知道。

  近来，浙江大学（以下简称浙大）光电科学与工程学院童利民教授团队联合浙大穿插力学中心和美国加州大学伯克利分校的科研人员，在-50℃环境中，制备出了高质量冰单晶微纳光纤。其既能够灵敏曲折，又能够低损耗传输光，在功能上与玻璃光纤相似。7月9日，相关研讨成果发表于《科学》杂志。

  光纤作为一种将光束缚和自在传输的功用结构，是现在光场控制最有用的东西之一。

  惯例玻璃光纤的主要成分氧化硅（石英砂），是地壳中含量最丰厚的资料之一，在光传输中具有宽带低损耗等优异特性。实际上，在地球及许多地外星球外表，比沙更遍及的物质是冰或液态水，童利民团队尝试用冰来制备光纤，历时4年得以完成。

  “根据近代光学、电学和力学等范畴的加快速度进行展开，科学家得以对冰的高压相、二维结构等新形状以及电子束光刻等使用展开探究，然后进步对冰的知道和使用才能。”童利民告知科技日报记者，已有科学试验测到的冰的最大弹性应变为0.3%左右，大于这个值就会碎裂。

  论文榜首作者、浙大光电学院博士生许培臻弥补道，浅显地解说的话，即一瓶水结冰后，让瓶子形变程度到达0.3%，这块冰就会碎。这也可解说雪崩、冰川滑移和海冰碎裂等自然现象的发生。

  “微纳光纤的光场调控才能，很大程度上取决于光纤资料的结构形状及其光场呼应特性。在这项研讨中，冰单晶制备是要害的榜首步，要使冰晶的分子摆放规整。”童利民介绍，相似整面玻璃易碎、但细长的玻璃光纤具有弹性的现象，减小结构标准、进步结构均匀度，能够明显进步资料力学功能。

  本次研讨中，团队自行搭建了成长设备，在很多试验基础上，改进了已有的电场诱导冰晶制备办法，即在低温高压电场中，加之必定的湿度条件，经过静电促进水分子朝电场方向运动，改动其无序的运动状况，然后诱发单晶成长。

  “终究在-50℃的环境，团队成功制备出直径在800纳米到10微米的冰单晶微纳光纤。”童利民表明，团队在冷冻电镜下验证了这些冰单晶微纳光纤具有非常好的直径均匀性和外表非常润滑度。

  “单是结构均匀、外表润滑还不行，若要尽或许习惯场景需求，需要对冰微纳光纤的弹性应变功能进行充沛探究。”童利民介绍，尽管学界曾有理论核算猜测过，抱负情况下，冰的弹性应变极限有或许大于10%，可是实在冰晶中因为存在结构缺点，能到达的应变值远低于理论极限。

  为探究其力学功能，团队使用新创造的低温微纳控制和搬运技能，在多个环境下做了测验。终究在-150℃的环境中，团队制备的冰微纳光纤获得了10.9%的弹性应变，挨近冰的理论弹性极限。

  据介绍，将规范光纤直径减小到波长乃至亚波长量级，成为微纳光纤，进步或引进光场在空间束缚、近场相互作用、外表增强、波导色散及光动量效应等方面的调控才能，在近场耦合、光学传感和量子光学等方面具有共同优势，是现在光纤范畴的前沿研讨方向之一。

  “因为资料对光场的呼应特性取决于其组成元素、分子结构及其摆放方法。研讨团队猜测，由H2O分子规矩摆放而成的冰单晶微纳光纤，在光的控制方面具有潜在优势。”童利民说。

  为了测验其光学特性，团队使用其此前创造的近场耦合输入技能，在可见光波段完成了冰微纳光纤的宽带光传输，传输损耗低达0.2dB/cm，与现在高质量平面波导适当，这种光控制才能为微纳光纤用于低温光学导波与传感供给了新的技能或许。

  “因为抱负冰单晶在可见光波段具有极低的吸收和散射特性，逐渐优化制备和测验条件，将有或许是在冰微纳光纤完成超低损耗光传输。”童利民以为，该项研讨结果将拓宽人们对冰的认知鸿沟，激起人们展开冰基光纤在光传输、光传感、冰物理学等方面的研讨，以及展开适用于特别环境的微纳规范冰基技能。◎洪恒飞 柯溢能 记者 江 耘