בועות סבון הופכות ללייזרים - עולם הפיזיקה

סבון כבר מזמן מרכיב ביתי, אבל מדענים בסלובניה מצאו לו שימוש חדש על ידי הפיכת בועות סבון ללייזרים זעירים. בעבודה במכון יוז'ף סטפן ובאוניברסיטת לובליאנה, הם התחילו ביצירת בועות סבון בקוטר של כמה מילימטרים. כאשר הם ערבבו את אלה עם צבע ניאון ושאבו אותם בלייזר דופק, הבועות החלו להפציע. אורכי הגל של האור שהבועה פולטת מגיבים מאוד לגודלה, וסוללים את הדרך לחיישני לייזר בועות שיכולים לזהות שינויים זעירים בלחץ או בשדה החשמלי הסביבתי.

לייזר דורש שלושה מרכיבים מרכזיים: מדיום רווח, מקור אנרגיה למדיום הרווח ומהוד אופטי. מדיום ההגבר מגביר את האור, כלומר על כל פוטון שנכנס למדיום ההגבר, יוצא יותר מפוטון אחד. ניתן לנצל תופעה זו על ידי הצבת מדיום ההגבר במהוד - למשל, בין שתי מראות או בתוך לולאה - כך שהפוטונים הנפלטים על ידי מדיום ההגבר יחזרו דרכו ליצירת אלומת אור מוגברת וקוהרנטית.

הלייזרים עם בועות סבון עושים בדיוק את זה. כדי להכין אותם, מטיאז' הומאר ו- Zala Korenjak ערבבו תמיסת סבון סטנדרטית עם צבע ניאון, שפועל כמדיום הרווח. הבועות נוצרות בקצה צינור נימי, והארתן בלייזר דופק שואבת את מדיום הרווח. האור שמפיק מדיום הרווח מסתובב לאורך פני הבועה, הפועלת כתהודה.

כדי לאפיין את תפוקת הבועה, החוקרים השתמשו בספקטרומטר כדי למדוד את אורכי הגל של האור שהיא מפיקה. רק לאחר שהמערכת מגיעה לאנרגיית שאיבה של סף, החוקרים רואים שיאים בספקטרום אורך הגל של הבועה - סמן מפתח לאיזה.

מקתדרלת סנט פול ועד לפני השטח של בועת סבון

יצירת תהודה מתוך כדור אינה, כשלעצמה, חדשה. מיקרו-חללים שנוצרו בכדורים, טבעות וטורואידים מצאו כולם שימושים בחישה, והם ידועים בתור מהודים של מצב גלריה לוחשת על שם גלריית הלחישה המפורסמת בקתדרלת סנט פול בלונדון. בתוך החדר העגול והגדול הזה, שני אנשים שעומדים מול הקיר משני הצדדים יכולים לשמוע זה את זה אפילו בלחישה הודות להנחיה יעילה של גלי קול לאורך קירות החדר המעוקלים.

באותו אופן, הומאר וקורנג'ק גילו שאור מתפשט לאורך פני השטח של בועת הסבון בלייזר שלהם, ומופיע כרצועה בהירה על מעטפת הבועה. כשהאור נע סביב פני הבועה, הוא מפריע ויוצר "מצבים" ברורים של המהוד. מצבים אלה מופיעים כסדרה של פסגות ברווחים קבועים בספקטרום אורך הגל של הבועה.

אל תפוצץ לי את הבועה

"ישנם מיקרו-תהודה רבים המשמשים כחללי לייזר, כולל קונכיות כדוריות מוצקות", מציין Matjaž. "עם זאת, בועות סבון לא נחקרו כחללים אופטיים עד עכשיו."

ייתכן שהסיבה לכך היא בחלקו משום שללייזרי בועות העשויים מסבון יש פרקטיות מוגבלת. כשהמים מתאדים מפני השטח של הבועה, עובי הבועה משתנה במהירות עד שהיא קופצת.

פתרון פרקטי יותר שהחוקרים ניסו לעשות הוא ליצור בועות מגבישים נוזליים סמקטיים. אלה אינם מכילים מים ויכולים ליצור בועות דקות מאוד, בדרך כלל בעובי של בסביבות 30-120 ננומטר (ננומטר). לייזר בועות סמקטיות אלה יציבים יותר ויכולים לשרוד כמעט ללא הגבלת זמן. כפי שמג'אז מסביר, בועות עבות יותר (כגון אלו שנוצרות על ידי סבון), מאפשרות מצבים רבים במהוד, וכתוצאה מכך פסגות רבות, אולי חופפות, בספקטרום אורך הגל. בועות דקות יותר (פחות מ-200 ננומטר), עם זאת, מאפשרות רק מצב אחד במהוד. פעולה זו במצב יחיד מתבטאת בפסגות מפוזרות באופן שווה בספקטרום הלייזר.

החוקרים הוכיחו שניתן לכוונן את אורך הגל שפלטו לייזר הבועות על ידי שינוי סביבתם. באופן ספציפי, שינוי הלחצים הסביבתיים או השדות החשמליים שינה את גודל הבועה, מה שמשנה את גודל המהוד, ובתמורה, את אורך הגל של פליטת הלייזר. המדידות שהם מציגים מראות שלייזרי הבועות הספקטיים רגישים לשדות חשמליים קטנים כמו 0.35V/mm ושינויי לחץ של 0.024 Pa - בשווה או יותר מאשר כמה חיישנים קיימים.

הזוג מתאר את עבודתם ב סקירה גופנית X.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/soap-bubbles-transform-into-lasers/