Saippuakuplat muuttuvat lasereiksi – Physics World

Saippua on pitkään ollut kotitalouksien perustuote, mutta slovenialaiset tutkijat ovat nyt löytäneet sille uuden käytön muuntamalla saippuakuplia pieniksi lasereiksi. Jožef Stefan -instituutissa ja Ljubljanan yliopistossa työskennelleet he aloittivat luomalla halkaisijaltaan muutaman millimetrin saippuakuplia. Kun ne sekoitettiin fluoresoivaan väriaineeseen ja pumpattiin pulssilaserin avulla, kuplat alkoivat laskea. Kuplan lähettämän valon aallonpituudet reagoivat erittäin hyvin sen kokoon, mikä avaa tietä kupla-laser-antureille, jotka voivat havaita pieniä muutoksia paineessa tai ympäristön sähkökentässä.

Laser vaatii kolme avainkomponenttia: vahvistusväliaineen, vahvistusväliaineen energialähteen ja optisen resonaattorin. Vahvistusväliaine vahvistaa valoa, mikä tarkoittaa, että jokaista vahvistusväliaineeseen menevää fotonia kohden tulee ulos useampi kuin yksi fotoni. Tätä ilmiötä voidaan hyödyntää sijoittamalla vahvistusväliaine resonaattoriin – esimerkiksi kahden peilin väliin tai silmukan sisään – siten, että vahvistusväliaineen lähettämät fotonit palaavat sen läpi muodostaen vahvistetun, koherentin valonsäteen.

Saippuakuplalaserit tekevät juuri sen. Niiden tekemiseksi, Matjaž Humar ja Zala Korenjak sekoittivat standardisaippualiuoksen fluoresoivaan väriaineeseen, joka toimii vahvistusväliaineena. Kuplat muodostuvat kapillaariputken päähän, ja niiden valaiseminen pulssilaserin avulla pumppaa vahvistusväliainetta. Vahvistusväliaineen tuottama valo kiertää kuplan pintaa pitkin, joka toimii resonaattorina.

Kuplan ulostulon karakterisoimiseksi tutkijat käyttivät spektrometriä mittaamaan sen tuottaman valon aallonpituuksia. Vasta sen jälkeen, kun järjestelmä saavuttaa pumppausenergian kynnyksen, tutkijat näkevät kuplan aallonpituusspektrissä huiput - laserin avainmerkki.

Pyhän Paavalin katedraalista saippuakuplan pinnalle

Resonaattorin muodostaminen pallosta ei sinänsä ole uutta. Palloihin, renkaisiin ja toroideihin muodostuneet mikroontelot ovat kaikki löytäneet käyttöä aistimisessa, ja ne tunnetaan kuiskaavan gallerian resonaattoreina Lontoon St. Paulin katedraalin kuuluisan kuiskaavan gallerian mukaan. Tässä suuressa, pyöreässä huoneessa kaksi seinää vastakkaisilla puolilla seisovaa ihmistä kuulevat toisensa jopa kuiskauksen jälkeen, koska ääniaaltoja ohjataan tehokkaasti huoneen kaarevia seiniä pitkin.

Samalla tavalla Humar ja Korenjak havaitsivat, että valo etenee heidän laserissaan saippuakuplan pintaa pitkin ja näkyy kirkkaana nauhana kuplan kuoressa. Kun valo kulkee kuplan pinnan ympäri, se häiritsee ja luo resonaattoriin selkeitä "tiloja". Nämä tilat näkyvät sarjana säännöllisin väliajoin olevia huippuja kuplan aallonpituusspektrissä.

Älä puhkaise kuplaani

"Laseronteloina käytetään monia mikroresonaattoreita, mukaan lukien kiinteät pallomaiset kuoret", Matjaž huomauttaa. "Saippuakuplia ei kuitenkaan ole tutkittu optisina onteloina toistaiseksi."

Tämä voi johtua osittain siitä, että saippuasta valmistettujen kuplalaserien käytännöllisyys on rajallinen. Kun vesi haihtuu kuplan pinnalta, kuplan paksuus muuttuu nopeasti, kunnes se ponnahtaa.

Käytännöllisempi ratkaisu, jota tutkijat tavoittelivat, on tehdä kuplia smektisistä nestekiteistä. Nämä eivät sisällä vettä ja voivat muodostaa hyvin ohuita kuplia, tyypillisesti noin 30-120 nanometriä (nm). Nämä smektiset kuplalaserit ovat vakaampia ja voivat selviytyä lähes loputtomiin. Kuten Matjaž selittää, paksummat kuplat (kuten saippuan synnyttämät) sallivat monia moodeja resonaattorissa, mikä johtaa moniin, mahdollisesti päällekkäisiin huippuihin aallonpituusspektrissä. Ohuemmat kuplat (alle 200 nm) sallivat kuitenkin vain yhden tilan resonaattorissa. Tämä yksimuotoinen toiminta ilmenee laserspektreissä tasaisesti jakautuneina huippuina.

Tutkijat osoittivat, että kuplalaserien lähettämää aallonpituutta voidaan säätää muuttamalla niiden ympäristöä. Erityisesti ympäristön paineiden tai sähkökenttien muuttaminen muutti kuplan kokoa, mikä muuttaa resonaattorin kokoa ja puolestaan ​​laseremission aallonpituutta. Niiden esittämät mittaukset osoittavat, että smektiset kuplalaserit ovat herkkiä jopa 0.35 V/mm sähkökentille ja 0.024 Pa paineen muutoksille – yhtä tai paremmin kuin jotkut olemassa olevat anturit.

Pari kuvaa työtään Fyysinen arviointi X.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/soap-bubbles-transform-into-lasers/