Seebimullid muutuvad laseriteks – füüsikamaailm

Seep on juba pikka aega olnud kodumajapidamises kasutatav põhivara, kuid Sloveenia teadlased on nüüd leidnud sellele uue kasutuse, muutes seebimullid pisikesteks laseriteks. Töötades Jožef Stefani instituudis ja Ljubljana ülikoolis, alustasid nad mõne millimeetrise läbimõõduga seebimullide loomisega. Kui nad segasid need fluorestsentsvärviga ja pumpasid impulsslaseriga, hakkasid mullid lendama. Valguse lainepikkused, mida mull kiirgab, reageerivad väga selle suurusele, sillutades teed mulllaseri anduritele, mis suudavad tuvastada väikseid muutusi rõhus või ümbritsevas elektriväljas.

Laser vajab kolme põhikomponenti: võimenduskeskkonda, võimenduskandja energiaallikat ja optilist resonaatorit. Võimenduskeskkond võimendab valgust, mis tähendab, et iga võimenduskeskkonda siseneva footoni kohta väljub rohkem kui üks footon. Seda nähtust saab ära kasutada, asetades võimenduskandja resonaatorisse – näiteks kahe peegli vahele või ahela sisse – nii, et võimendusmeediumi kiirgavad footonid lähevad selle kaudu tagasi, et luua võimendatud koherentne valgusvihk.

Seebimulllaserid teevad täpselt seda. Nende tegemiseks, Matjaž Humar ja Zala Korenjak segasid standardse seebilahuse fluorestsentsvärviga, mis toimib võimenduskeskkonnana. Mullid moodustuvad kapillaartoru otsas ja nende valgustamine impulsslaseriga pumpab võimenduskeskkonda. Valgus, mida võimenduskeskkond tekitab, ringleb mööda mulli pinda, mis toimib resonaatorina.

Mulli väljundi iseloomustamiseks kasutasid teadlased spektromeetrit, et mõõta selle tekitatava valguse lainepikkusi. Alles pärast seda, kui süsteem saavutab pumpamisenergia künnise, näevad teadlased mulli lainepikkuse spektris piike, mis on laserimise võtmemarker.

From St. Paul’s Cathedral to the surface of a soap bubble

Forming a resonator out of a sphere is not, in itself, new. Micro-cavities formed in spheres, rings and toroids have all found uses in sensing, and are known as whispering gallery mode resonators after the famous whispering gallery at St. Paul’s Cathedral in London. Within this large, circular room, two people who stand facing the wall on opposite sides can hear each other even at a whisper thanks to the efficient guiding of sound waves along the room’s curved walls.

Samamoodi leidsid Humar ja Korenjak, et valgus levib nende laseris mööda seebimulli pinda ja paistab mulli kestal heleda ribana. Kui valgus liigub mööda mulli pinda, siis see segab, luues resonaatori erinevad "režiimid". Need režiimid kuvatakse korrapäraste vahedega piikide jadana mulli lainepikkuse spektris.

Ära lõhke mu mulli

"Laserõõnsustena kasutatakse palju mikroresonaatoreid, sealhulgas tahkeid sfäärilisi kestasid," märgib Matjaž. "Siiani pole aga seebimulle optiliste õõnsustena uuritud."

See võib osaliselt olla tingitud sellest, et seebist valmistatud mulllaserite praktilisus on piiratud. Kui vesi aurustub mulli pinnalt, muutub mulli paksus kiiresti, kuni see hüppab.

Praktilisem lahendus, mida teadlased otsisid, on mullide valmistamine smektilistest vedelkristallidest. Need ei sisalda vett ja võivad moodustada väga õhukesi, tavaliselt umbes 30–120 nanomeetri (nm) paksuseid mullikesi. Need smektilised mulllaserid on stabiilsemad ja võivad kesta peaaegu lõputult. Nagu Matjaž selgitab, võimaldavad paksemad mullid (näiteks seebi tekitatud mullid) resonaatoris palju režiime, mille tulemuseks on palju, võib-olla kattuvaid piike lainepikkuse spektris. Õhemad mullid (alla 200 nm) võimaldavad aga resonaatoris ainult ühte režiimi. See ühemoodiline toiming avaldub laserspektrite ühtlaselt jaotunud piikidena.

Teadlased näitasid, et mulllaserite kiirgavat lainepikkust saab häälestada nende keskkonda muutes. Täpsemalt, ümbritseva rõhu või elektrivälja muutmine muutis mulli suurust, mis muudab resonaatori suurust ja omakorda laserkiirguse lainepikkust. Nende esitatud mõõtmised näitavad, et smektilised mulllaserid on tundlikud nii väikestele elektriväljadele kui 0.35 V/mm ja rõhumuutustele 0.024 Pa – samaväärsed või paremad kui mõned olemasolevad andurid.

Paar kirjeldab oma tööd aastal Füüsiline ülevaade X.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/soap-bubbles-transform-into-lasers/