साबुन के बुलबुले लेजर में बदल जाते हैं - फिजिक्स वर्ल्ड

साबुन लंबे समय से एक घरेलू सामान रहा है, लेकिन स्लोवेनिया के वैज्ञानिकों ने अब साबुन के बुलबुले को छोटे लेजर में बदलकर इसका एक नया उपयोग ढूंढ लिया है। जोज़ेफ़ स्टीफ़न इंस्टीट्यूट और ज़ुब्लज़ाना विश्वविद्यालय में काम करते हुए, उन्होंने कुछ मिलीमीटर व्यास वाले साबुन के बुलबुले बनाना शुरू किया। जब उन्होंने इन्हें एक फ्लोरोसेंट डाई के साथ मिलाया और एक स्पंदित लेजर के साथ पंप किया, तो बुलबुले रिसने लगे। बुलबुले द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य उसके आकार के प्रति अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होती है, जो बबल-लेजर सेंसर के लिए मार्ग प्रशस्त करती है जो दबाव या परिवेशीय विद्युत क्षेत्र में छोटे बदलावों का पता लगा सकते हैं।

एक लेज़र को तीन प्रमुख घटकों की आवश्यकता होती है: एक लाभ माध्यम, लाभ माध्यम के लिए एक ऊर्जा स्रोत और एक ऑप्टिकल रेज़ोनेटर। लाभ माध्यम प्रकाश को बढ़ाता है, जिसका अर्थ है कि लाभ माध्यम में जाने वाले प्रत्येक फोटॉन के लिए, एक से अधिक फोटॉन निकलते हैं। इस घटना का उपयोग लाभ माध्यम को एक अनुनादक में रखकर किया जा सकता है - उदाहरण के लिए, दो दर्पणों के बीच या एक लूप के अंदर - जैसे कि लाभ माध्यम द्वारा उत्सर्जित फोटॉन प्रकाश की एक प्रवर्धित, सुसंगत किरण बनाने के लिए इसके माध्यम से वापस जाते हैं।

साबुन-बुलबुला लेज़र ठीक यही काम करते हैं। उन्हें बनाने के लिए, मत्जाज हमर और ज़ला कोरेनजैक ने फ्लोरोसेंट डाई के साथ मानक साबुन का घोल मिलाया, जो लाभ माध्यम के रूप में कार्य करता है। बुलबुले एक केशिका ट्यूब के अंत में बनते हैं, और एक स्पंदित लेजर के साथ उन्हें रोशन करने से लाभ माध्यम पंप होता है। लाभ माध्यम द्वारा उत्पन्न प्रकाश बुलबुले की सतह पर प्रसारित होता है, जो एक अनुनादक के रूप में कार्य करता है।

बुलबुले के आउटपुट को चिह्नित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने इसके द्वारा उत्पन्न प्रकाश की तरंग दैर्ध्य को मापने के लिए एक स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग किया। सिस्टम द्वारा पंपिंग ऊर्जा की सीमा तक पहुंचने के बाद ही शोधकर्ताओं को बुलबुले के तरंग दैर्ध्य स्पेक्ट्रम में चोटियां दिखाई देती हैं - जो लेज़िंग का एक प्रमुख मार्कर है।

सेंट पॉल कैथेड्रल से लेकर साबुन के बुलबुले की सतह तक

किसी गोले से गुंजयमान यंत्र बनाना अपने आप में कोई नई बात नहीं है। गोले, छल्लों और टोरॉयड में बनी सूक्ष्म-गुहाओं का उपयोग संवेदन में किया जाता है, और लंदन के सेंट पॉल कैथेड्रल में प्रसिद्ध फुसफुसाहट गैलरी के बाद इन्हें फुसफुसाते हुए गैलरी मोड रेज़ोनेटर के रूप में जाना जाता है। इस बड़े, गोलाकार कमरे के भीतर, दो लोग जो विपरीत दिशा में दीवार की ओर मुंह करके खड़े हैं, वे कमरे की घुमावदार दीवारों के साथ ध्वनि तरंगों के कुशल मार्गदर्शन के कारण फुसफुसाहट में भी एक-दूसरे को सुन सकते हैं।

लगभग उसी तरह, ह्यूमर और कोरेंजैक ने पाया कि प्रकाश उनके लेजर में साबुन के बुलबुले की सतह के साथ फैलता है, और बुलबुले के खोल पर एक उज्ज्वल बैंड के रूप में दिखाई देता है। जैसे ही प्रकाश बुलबुले की सतह के चारों ओर घूमता है, यह हस्तक्षेप करता है, जिससे अनुनादक के अलग-अलग "मोड" बनते हैं। ये मोड बुलबुले के तरंग दैर्ध्य स्पेक्ट्रम में नियमित रूप से दूरी वाली चोटियों की एक श्रृंखला के रूप में दिखाई देते हैं।

मेरा बुलबुला मत फोड़ो

"लेजर गुहाओं के रूप में उपयोग किए जाने वाले कई सूक्ष्म-अनुनादक हैं, जिनमें ठोस गोलाकार गोले भी शामिल हैं," मटजाज़ कहते हैं। "हालाँकि, साबुन के बुलबुले का अब तक ऑप्टिकल गुहाओं के रूप में अध्ययन नहीं किया गया है।"

यह आंशिक रूप से इसलिए हो सकता है क्योंकि साबुन से बने बबल लेजर की व्यावहारिकता सीमित होती है। जैसे ही बुलबुले की सतह से पानी वाष्पित होता है, बुलबुले के फूटने तक उसकी मोटाई तेजी से बदलती रहती है।

शोधकर्ताओं द्वारा अपनाया गया एक अधिक व्यावहारिक समाधान स्मेक्टिक लिक्विड क्रिस्टल से बुलबुले बनाना है। इनमें पानी नहीं होता है और ये बहुत पतले बुलबुले बना सकते हैं, आमतौर पर लगभग 30-120 नैनोमीटर (एनएम) मोटे होते हैं। ये स्मेक्टिक बबल लेजर अधिक स्थिर हैं और लगभग अनिश्चित काल तक जीवित रह सकते हैं। जैसा कि मटजाज़ बताते हैं, मोटे बुलबुले (जैसे कि साबुन द्वारा बनाए गए), अनुनादक में कई मोड की अनुमति देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप तरंग दैर्ध्य स्पेक्ट्रम में कई, संभवतः ओवरलैपिंग चोटियां होती हैं। हालाँकि, पतले बुलबुले (200 एनएम से कम), अनुनादक में केवल एक मोड की अनुमति देते हैं। यह एकल-मोड ऑपरेशन लेज़िंग स्पेक्ट्रा में समान रूप से वितरित चोटियों के रूप में प्रकट होता है।

शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि बबल लेज़रों द्वारा उत्सर्जित तरंग दैर्ध्य को उनके वातावरण में परिवर्तन करके समायोजित किया जा सकता है। विशेष रूप से, परिवेश के दबाव या विद्युत क्षेत्र को बदलने से बुलबुले का आकार बदल जाता है, जिससे अनुनादक का आकार बदल जाता है और, बदले में, लेजर उत्सर्जन की तरंग दैर्ध्य बदल जाती है। उनके द्वारा प्रस्तुत माप से पता चलता है कि स्मेक्टिक बबल लेजर 0.35V/मिमी जितने छोटे विद्युत क्षेत्रों और 0.024 Pa के दबाव परिवर्तन के प्रति संवेदनशील हैं - कुछ मौजूदा सेंसर के बराबर या बेहतर।

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/soap-bubbles-transform-into-lasers/