第一代纸基陶瓷制备的随机激光器出炉啦！

材料牛注：慕尼黑工业大学（Technical University of Munich ，缩写为TUM）的研究者们通过试验，建立了第一台基于纤维纸的可控随机激光器，从而使得由基础理论研究到潜在应用实现的过程触手可及。

慕尼黑工业大学的Cordt Zollfrank教授率领的研究团队同罗马大学（University of Rome）的物理学家合作，在施特劳宾（Straubing）建立了第一台基于纤维纸的可控随机激光器。该团队由此展示了自然界中存在的结构如何应用于科学技术中。自此，人们不再需要为材料人工接上无序结构，而可以考虑使用天然存在的结构来替代。

在施特劳宾科技中心（Straubing Center of Science），受生物学启发的材料合成是慕尼黑工业大学的生物聚合物研究工作的一个研究领域。该技术使用天然生物材料的模型来开发新的材料和科技。据科学家Daniel Van Opdenbosch博士透露，最近一期发表的《先进光学材料》刊登了这一由来自施特劳宾和罗马的科学家组成的科研团队合作完成的基础理论研究，该团队成功地将一种生物结构作为模板应用于随机激光器中。

激光器有两个基本构成部分：一个是将光线放大的介质，另一个是让光在介质中停留的结构。传统的激光器使用镜子控制光照统一在所需要的单一方向上。随机激光器的显微结构也展现出一致性，但是是在不同的方向上。尽管随机激光器的发展仍处于初始阶段，但在将来它一定能实现低成本生产。随机激光器有着不依赖方向和具有多重颜色等优点，除此之外，它还有很多好处。

无序结构可转移所有方向的光。Van Opdenbosch解释道：“随机激光器的先决条件是内部结构混乱定义程度。”随机激光器中的光沿着随机路线以任意角度散射，这是由介质内部不规则的结构决定的。该研究团队由施特劳宾生物聚合物领域Zollfrank教授带领，他们用传统的实验室滤纸作为结构模板。Van Opdenbosch继续补充道：“这种滤纸有长纤维并由此得到了稳定的结构，因此我们认为它是适用的。”

在实验室中，该滤纸浸渍了四乙基正钛酸盐（一种有机金属化合物）。当研究人员将其干燥并将纤维素在500℃烧掉后，残留下来的是二氧化钛陶瓷——这种物质常用于防晒霜中。Van Opdenbosch说道：“它在防晒霜中发挥作用主要基于二氧化钛较强的光散射效应，我们也将之用于随机激光器。”他补充解释了原理：“我们的激光被称为‘随机的’，是因为实验室滤纸的生物结构也能使光发生反向散射，从而光将被散射到不同方向。”

随机激光器并不那么随机。然而，正如由罗马复杂系统研究所（Institute for Complex Systems）的Claudio Conti团队（该团队同Daniel Van Opdenbosch和Cordt Zollfrank一起合作）发现的那样，尽管光波具有随机性，它们仍是可控的。通过使用分光计，研究人员能把由不同材料产生的不同激光波长区分开来。

Van Opdenbosch描述了该过程：“该试验设置用于了解包含能量可调的绿色激光器的样品、显微镜和允许样品移动的移动表的信息。从而我们的同事能测定在不同的能级，材料不同区域发射出的不同波长的激光。”根据这种分析，研究者们能以不同方式配置激光，并确定其发射方向和强度。

这种理论使潜在应用的实现触手可及。Van Opdenbosch说道：“这种材料可作为微动开关或用于观测结构变化的探测器。”

原文链接：First random laser made of paper-based ceramics。

文献链接：Biomimetic Random Lasers with Tunable Spatial and Temporal Coherence。

本文由材料人编辑部杨超提供素材，朱星烨编译，丁琬芝审核，点我加入材料人编辑部。

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