An optical reaction micro-turbine.
An optical reaction micro-turbine.
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DOI：
10.1038/s41467-018-06947-y
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发表时间：
2018-10-26
影响因子：
16.6
通讯作者：
Di Leonardo R
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bianchi S;Vizsnyiczai G;Ferretti S;Maggi C;Di Leonardo R
任何能量流都有一个相关的动量流，因此每当物体吸收或偏转入射能量时，都会产生反冲力。同样的原理支配着宏观涡轮机的运行，以及使用光作为工作流体的微观涡轮机的运行。然而，在微米尺度下不容易实现光能的受控且精确的重新分配，导致功率到扭矩转换的低效率。在这里，我们使用直接激光写入来制造3D光导结构，形状像花园喷头，可以精确地将输入光功率重新路由到多个输出通道。的形状参数来自于弯曲微纤维中的损耗的详细理论分析。这些光学反应微型涡轮机可以最大限度地利用光的动量来产生强大，均匀和可控的扭矩。光可以用来旋转通常依靠散射来重新分配光动量并产生机械扭矩的微米涡轮机。在这里，3D微制造的光导结构可以重新路由光能的入射流，以产生强大、均匀和可控的扭矩。
To any energy flow there is an associated flow of momentum, so that recoil forces arise every time an object absorbs or deflects incoming energy. This same principle governs the operation of macroscopic turbines as well as that of microscopic turbines that use light as the working fluid. However, a controlled and precise redistribution of optical energy is not easy to achieve at the micron scale resulting in a low efficiency of power to torque conversion. Here we use direct laser writing to fabricate 3D light guiding structures, shaped as a garden sprinkler, that can precisely reroute input optical power into multiple output channels. The shape parameters are derived from a detailed theoretical analysis of losses in curved microfibers. These optical reaction micro-turbines can maximally exploit light’s momentum to generate a strong, uniform and controllable torque. Light can be used to rotate micrometric turbines that usually rely on scattering to redistribute optical momentum and generate a mechanical torque. Here, 3D microfabricated light guiding structures can reroute an incoming flow of optical energy to generate a strong, uniform and controllable torque.
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