Gelembung sabun berubah menjadi laser – Dunia Fisika

Sabun telah lama menjadi bahan pokok rumah tangga, namun para ilmuwan di Slovenia kini telah menemukan kegunaan baru dengan mengubah gelembung sabun menjadi laser kecil. Bekerja di Institut Jožef Stefan dan Universitas Ljubljana, mereka memulai dengan menciptakan gelembung sabun berdiameter beberapa milimeter. Ketika mereka mencampurkannya dengan pewarna fluoresen dan memompanya dengan laser berdenyut, gelembung-gelembung itu mulai hilang. Panjang gelombang cahaya yang dipancarkan gelembung sangat responsif terhadap ukurannya, membuka jalan bagi sensor laser gelembung yang dapat mendeteksi perubahan kecil pada tekanan atau medan listrik di sekitar.

Laser memerlukan tiga komponen utama: media penguatan, sumber energi untuk media penguatan, dan resonator optik. Media penguatan menguatkan cahaya, artinya untuk setiap foton yang masuk ke media penguatan, lebih dari satu foton yang keluar. Fenomena ini dapat dieksploitasi dengan menempatkan media penguatan di dalam resonator – misalnya, di antara dua cermin atau di dalam sebuah lingkaran – sehingga foton yang dipancarkan oleh media penguatan akan kembali melewatinya untuk menciptakan berkas cahaya yang diperkuat dan koheren.

Laser gelembung sabun melakukan hal tersebut. Untuk membuat mereka, Matjaž Humar dan Zala Korenjak mencampurkan larutan sabun standar dengan pewarna fluoresen, yang berfungsi sebagai media penguatan. Gelembung terbentuk di ujung tabung kapiler, dan menyinari gelembung tersebut dengan laser berdenyut yang memompa media penguatan. Cahaya yang dihasilkan media penguatan bersirkulasi di sepanjang permukaan gelembung, yang bertindak sebagai resonator.

Untuk mengkarakterisasi keluaran gelembung, para peneliti menggunakan spektrometer untuk mengukur panjang gelombang cahaya yang dihasilkannya. Hanya setelah sistem mencapai ambang batas pemompaan energi barulah para peneliti melihat puncak spektrum panjang gelombang gelembung – yang merupakan penanda utama adanya penguat.

Dari Katedral St. Paul hingga permukaan gelembung sabun

Membentuk resonator dari sebuah bola bukanlah hal baru. Rongga mikro yang terbentuk dalam bola, cincin, dan toroid semuanya telah digunakan dalam penginderaan, dan dikenal sebagai resonator mode galeri bisikan setelah galeri bisikan terkenal di Katedral St. Paul di London. Di dalam ruangan melingkar yang besar ini, dua orang yang berdiri menghadap dinding di sisi berlawanan dapat mendengar satu sama lain bahkan saat berbisik berkat pemanduan gelombang suara yang efisien di sepanjang dinding lengkung ruangan.

Dengan cara yang hampir sama, Humar dan Korenjak menemukan bahwa cahaya merambat di sepanjang permukaan gelembung sabun dengan laser mereka, dan tampak sebagai pita terang pada cangkang gelembung tersebut. Saat cahaya bergerak mengelilingi permukaan gelembung, cahaya tersebut berinterferensi, menciptakan “mode” resonator yang berbeda. Mode ini muncul sebagai serangkaian puncak yang berjarak teratur dalam spektrum panjang gelombang gelembung.

Jangan pecahkan gelembungku

“Ada banyak mikro-resonator yang digunakan sebagai rongga laser, termasuk cangkang bola padat,” catat Matjaž. “Namun, gelembung sabun belum diteliti sebagai rongga optik hingga saat ini.”

Hal ini mungkin disebabkan karena laser gelembung yang terbuat dari sabun memiliki kepraktisan yang terbatas. Saat air menguap dari permukaan gelembung, ketebalan gelembung berubah dengan cepat hingga meletus.

Solusi lebih praktis yang dilakukan para peneliti adalah membuat gelembung dari kristal cair smectic. Ini tidak mengandung air dan dapat membentuk gelembung yang sangat tipis, biasanya tebalnya sekitar 30-120 nanometer (nm). Laser gelembung smectic ini lebih stabil dan dapat bertahan hampir tanpa batas waktu. Seperti yang dijelaskan Matjaž, gelembung yang lebih tebal (seperti yang dihasilkan oleh sabun), memungkinkan banyak mode dalam resonator, sehingga menghasilkan banyak puncak spektrum panjang gelombang yang mungkin tumpang tindih. Namun, gelembung yang lebih tipis (kurang dari 200 nm) hanya mengizinkan satu mode di resonator. Operasi mode tunggal ini bermanifestasi sebagai puncak yang terdistribusi secara merata dalam spektrum penguat.

Para peneliti menunjukkan bahwa panjang gelombang yang dipancarkan laser gelembung dapat disesuaikan dengan mengubah lingkungannya. Secara khusus, perubahan tekanan sekitar atau medan listrik mengubah ukuran gelembung, yang mengubah ukuran resonator dan, pada gilirannya, panjang gelombang emisi laser. Pengukuran yang mereka tunjukkan menunjukkan bahwa laser gelembung smektik sensitif terhadap medan listrik sekecil 0.35V/mm dan perubahan tekanan sebesar 0.024 Pa – setara atau lebih baik daripada beberapa sensor yang ada.

Pasangan ini menggambarkan pekerjaan mereka di Ulasan Fisik X.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/soap-bubbles-transform-into-lasers/