Мильні бульбашки перетворюються на лазери – Physics World

Мило давно було основним продуктом домашнього вжитку, але вчені зі Словенії тепер знайшли йому нове застосування, перетворивши мильні бульбашки на крихітні лазери. Працюючи в Інституті Йожефа Стефана та Університеті Любляни, вони почали зі створення мильних бульбашок діаметром кілька міліметрів. Коли вони змішали їх із флуоресцентним барвником і закачали імпульсним лазером, бульбашки почали випромінювати. Довжина хвилі світла, яке випромінює бульбашка, сильно реагує на її розмір, прокладаючи шлях для бульбашкових лазерних датчиків, які можуть виявляти крихітні зміни тиску чи навколишнього електричного поля.

Для роботи лазера потрібні три ключові компоненти: середовище підсилення, джерело енергії для середовища підсилення та оптичний резонатор. Середовище підсилення підсилює світло, тобто на кожен фотон, який потрапляє в середовище підсилення, виходить більше одного фотона. Це явище можна використовувати, помістивши підсилювальне середовище в резонатор – наприклад, між двома дзеркалами або всередині петлі – таким чином, щоб фотони, випромінювані підсилювальним середовищем, поверталися через нього, створюючи посилений, когерентний промінь світла.

Лазери з мильними бульбашками роблять саме це. Щоб зробити їх, Матяж Гумар і Zala Korenjak змішали стандартний мильний розчин з флуоресцентним барвником, який діє як середовище підсилення. Бульбашки утворюються на кінці капілярної трубки, і, освітлюючи їх імпульсним лазером, накачується середовище підсилення. Світло, яке виробляє підсилювальне середовище, циркулює вздовж поверхні бульбашки, яка діє як резонатор.

Щоб охарактеризувати вихід бульбашки, дослідники використовували спектрометр для вимірювання довжин хвиль світла, яке воно виробляє. Лише після того, як система досягає порогової енергії накачування, дослідники бачать піки в спектрі довжин хвиль бульбашки – ключовий маркер генерації.

Від собору Святого Павла до поверхні мильної бульбашки

Створення резонатора з кулі саме по собі не є новим. Мікропорожнини, утворені в сферах, кільцях і тороїдах, знайшли застосування в датчиках і відомі як резонатори режиму шепітної галереї на честь знаменитої шепітної галереї в соборі Святого Павла в Лондоні. У цій великій круглій кімнаті двоє людей, які стоять обличчям до стіни з протилежних сторін, можуть чути один одного навіть пошепки завдяки ефективному спрямуванню звукових хвиль уздовж вигнутих стін кімнати.

Приблизно так само Хумар і Кореняк виявили, що світло поширюється вздовж поверхні мильної бульбашки в їхньому лазері та виглядає як яскрава смуга на оболонці бульбашки. Коли світло рухається по поверхні бульбашки, воно втручається, створюючи різні «моди» резонатора. Ці моди проявляються як серія рівномірно розташованих піків у спектрі довжин хвиль бульбашки.

Не лопни мою бульбашку

«Існує багато мікрорезонаторів, які використовуються як лазерні порожнини, включаючи тверді сферичні оболонки», — зазначає Матьяж. «Однак мильні бульбашки досі не вивчалися як оптичні порожнини».

Частково це може бути тому, що бульбашкові лазери, виготовлені з мила, мають обмежену практичність. Коли вода випаровується з поверхні бульбашки, товщина бульбашки швидко змінюється, поки вона не вискочить.

Більш практичне рішення, яке шукали дослідники, полягає в тому, щоб зробити бульбашки з смектичних рідких кристалів. Вони не містять води та можуть утворювати дуже тонкі бульбашки, як правило, товщиною близько 30-120 нанометрів (нм). Ці смектичні бульбашкові лазери більш стабільні та можуть існувати майже нескінченно довго. Як пояснює Матьяж, більш товсті бульбашки (наприклад, створені милом) допускають багато мод у резонаторі, що призводить до багатьох, можливо, перекриваючих піків у спектрі довжин хвиль. Більш тонкі бульбашки (менше 200 нм), однак, допускають лише одну моду в резонаторі. Ця одномодова робота проявляється у вигляді рівномірно розподілених піків у спектрах генерації.

Дослідники продемонстрували, що довжину хвилі, яку випромінюють бульбашкові лазери, можна налаштувати, змінюючи навколишнє середовище. Зокрема, зміна тиску навколишнього середовища або електричних полів змінює розмір бульбашки, що змінює розмір резонатора та, у свою чергу, довжину хвилі лазерного випромінювання. Вимірювання, які вони представляють, показують, що смектичні бульбашкові лазери чутливі до електричних полів на рівні 0.35 В/мм і змін тиску в 0.024 Па – на рівні або краще, ніж деякі існуючі датчики.

Пара описує свою роботу в Фізичний огляд X.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/soap-bubbles-transform-into-lasers/