حباب های صابون به لیزر تبدیل می شوند - دنیای فیزیک

صابون از دیرباز یکی از لوازم خانگی بوده است، اما اکنون دانشمندان در اسلوونی با تبدیل حباب‌های صابون به لیزرهای کوچک، کاربرد جدیدی برای آن یافته‌اند. آنها کار خود را در مؤسسه جوزف استفان و دانشگاه لیوبلیانا با ایجاد حباب های صابون به قطر چند میلی متر آغاز کردند. وقتی آنها اینها را با یک رنگ فلورسنت مخلوط کردند و آنها را با لیزر پالسی پمپ کردند، حباب ها شروع به لیزر کردند. طول موج‌های نوری که حباب ساطع می‌کند بسیار به اندازه آن واکنش نشان می‌دهد و راه را برای حسگرهای لیزر حباب‌دار هموار می‌کند که می‌توانند تغییرات کوچک فشار یا میدان الکتریکی محیط را تشخیص دهند.

لیزر به سه جزء کلیدی نیاز دارد: یک محیط افزایش، یک منبع انرژی برای محیط بهره و یک تشدید کننده نوری. محیط افزایش نور را تقویت می کند، به این معنی که به ازای هر فوتونی که وارد محیط بهره می شود، بیش از یک فوتون خارج می شود. این پدیده را می توان با قرار دادن محیط بهره در یک تشدیدگر - به عنوان مثال، بین دو آینه یا داخل یک حلقه - به گونه ای که فوتون های ساطع شده توسط محیط افزایش از آن برای ایجاد یک پرتو منسجم و تقویت شده از نور استفاده کرد.

لیزرهای حباب صابون دقیقاً این کار را انجام می دهند. برای ساختن آنها، Matjaž Humar و زالا کورنجک محلول صابون استاندارد مخلوط با رنگ فلورسنت که به عنوان محیط افزایش عمل می کند. حباب ها در انتهای یک لوله مویین تشکیل می شوند و روشن شدن آنها با لیزر پالسی باعث پمپاژ محیط افزایش می شود. نوری که محیط افزایش تولید می کند در امتداد سطح حباب به گردش در می آید که به عنوان یک تشدید کننده عمل می کند.

برای مشخص کردن خروجی حباب، محققان از یک طیف‌سنج برای اندازه‌گیری طول موج‌های نوری که تولید می‌کند استفاده کردند. تنها پس از رسیدن سیستم به آستانه انرژی پمپاژ، محققان قله‌هایی را در طیف طول موج حباب مشاهده می‌کنند - یک نشانگر کلیدی لیزر.

از کلیسای جامع سنت پل تا سطح حباب صابون

تشکیل یک تشدید کننده از یک کره، به خودی خود، جدید نیست. ریز حفره‌های تشکیل‌شده در کره‌ها، حلقه‌ها و حلقه‌ها همگی در حس کردن کاربرد دارند و پس از گالری نجوا در کلیسای جامع سنت پل در لندن به عنوان تشدید کننده حالت گالری نجوا شناخته می‌شوند. در این اتاق بزرگ دایره‌ای، دو نفر که روبه‌روی دیوار در طرفین مقابل ایستاده‌اند، به لطف هدایت مؤثر امواج صوتی در امتداد دیوارهای منحنی اتاق، می‌توانند حتی در یک زمزمه همدیگر را بشنوند.

به همین ترتیب، Humar و Korenjak دریافتند که نور در امتداد سطح حباب صابون در لیزر آنها منتشر می شود و به صورت نواری درخشان روی پوسته حباب ظاهر می شود. همانطور که نور در اطراف سطح حباب حرکت می کند، تداخل ایجاد می کند و "حالت های" متمایز تشدید کننده را ایجاد می کند. این حالت ها به صورت مجموعه ای از قله های با فاصله منظم در طیف طول موج حباب ظاهر می شوند.

حباب من را نشکن

Matjaž خاطرنشان می کند: بسیاری از ریز تشدید کننده ها به عنوان حفره های لیزری از جمله پوسته های کروی جامد استفاده می شوند. با این حال حباب های صابون تا کنون به عنوان حفره های نوری مورد مطالعه قرار نگرفته اند.

این ممکن است تا حدی به این دلیل باشد که لیزرهای حباب‌دار ساخته شده از صابون کاربرد محدودی دارند. همانطور که آب از سطح حباب تبخیر می شود، ضخامت حباب به سرعت تغییر می کند تا زمانی که می ترکد.

راه حل عملی تری که محققان دنبال کردند، ساختن حباب هایی از کریستال های مایع اسمکتیک است. اینها حاوی آب نیستند و می توانند حباب های بسیار نازکی را تشکیل دهند که معمولاً در حدود 30 تا 120 نانومتر (nm) ضخامت دارند. این لیزرهای حبابی اسمکتیک پایدارتر هستند و می توانند تقریباً برای مدت نامحدودی زنده بمانند. همانطور که Matjaž توضیح می‌دهد، حباب‌های ضخیم‌تر (مانند حباب‌هایی که توسط صابون ایجاد می‌شوند)، حالت‌های زیادی را در تشدید کننده ایجاد می‌کنند که منجر به بسیاری از قله‌های احتمالاً همپوشانی در طیف طول موج می‌شود. با این حال، حباب‌های نازک‌تر (کمتر از 200 نانومتر)، تنها یک حالت را در تشدید کننده اجازه می‌دهند. این عملیات تک حالته به صورت پیک های توزیع شده به طور مساوی در طیف لیزری ظاهر می شود.

محققان نشان دادند که طول موج لیزرهای حباب را می توان با تغییر محیط آنها تنظیم کرد. به طور خاص، تغییر فشارهای محیطی یا میدان های الکتریکی، اندازه حباب را تغییر می دهد، که باعث تغییر اندازه تشدید کننده و به نوبه خود، طول موج انتشار لیزر می شود. اندازه‌گیری‌هایی که آنها ارائه می‌کنند نشان می‌دهند که لیزرهای حباب اسمکتیک به میدان‌های الکتریکی به کوچکی 0.35 ولت بر میلی‌متر و تغییرات فشار 0.024 Pa - همتراز یا بهتر از برخی حسگرهای موجود حساس هستند.

این زوج کار خود را در بررسی فیزیکی X.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/soap-bubbles-transform-into-lasers/