纤端法布里-珀罗微腔仿生植物导管空化发声机制研究

摘要

含有木质部结构的植物在遭受到干旱或机械损伤胁迫时会出现发声现象，这一现象背后的物理机制引起研究者的广泛兴趣。当前，对这一现象最为认可的机制解释是植物木质部内部空化形成微气泡发生振动。然而，目前针对这一机制的解释仍然缺乏直接的证据。本文提出利用纤端法布里-珀罗（F-P）微腔仿生植物内部导管空化，从而研究其发声机制。采用飞秒激光双光子三维光刻技术在光纤端面上仿制内部为环形纹的导管结构，将其置于液体后，气液界面与光纤端面构成F-P腔，当气液界面发生振动时，F-P腔的腔长会发生变化，其共振峰也随之改变。实验观测到2种造成气液界面振动的机制：一是界面在导管内爬行时的跳跃；二是腔内凝结的水滴与界面的融合。研究表明这2种机制造成界面振动频率在20～100 kHz，该频段与文献中报道的植物发声频率范围一致。该项研究为理解植物内部发声的物理机制提供了间接证据。

关键词

光纤传感 / 3D双光子光刻技术 / 植物发声 / 导管空化振动 / 纤上法布里-珀罗微腔