肥皂泡转变为激光 – 物理世界

肥皂长期以来一直是家庭必需品，但斯洛文尼亚的科学家现在发现了它的新用途，将肥皂泡转化为微小的激光。他们在约瑟夫斯特凡研究所和卢布尔雅那大学工作，首先制造直径几毫米的肥皂泡。当他们将它们与荧光染料混合并用脉冲激光泵浦时，气泡开始发出激光。气泡发出的光的波长对其尺寸高度敏感，这为气泡激光传感器能够检测压力或环境电场的微小变化铺平了道路。

激光器需要三个关键组件：增益介质、增益介质的能源和光学谐振器。增益介质放大光，这意味着对于进入增益介质的每个光子，都会有多个光子出来。可以通过将增益介质放置在谐振器中（例如，在两个镜子之间或在环路内部）来利用这种现象，以便增益介质发射的光子通过它返回以产生放大的相干光束。

肥皂泡激光器正是这样做的。为了让他们， 马特贾兹·胡马尔 Zala Korenjak 将标准肥皂溶液与荧光染料混合，作为增益介质。气泡在毛细管末端形成，用脉冲激光照射它们，泵浦增益介质。增益介质产生的光沿着气泡表面循环，气泡充当谐振器。

为了表征气泡的输出，研究人员使用光谱仪测量其产生的光的波长。只有在系统达到泵浦能量阈值后，研究人员才能看到气泡波长谱中的峰值——这是激光发射的关键标志。

从圣保罗大教堂到肥皂泡的表面

用球体形成谐振器本身并不新鲜。球体、环和环形体中形成的微腔都可用于传感，并被称为回音壁模式谐振器，以伦敦圣保罗大教堂著名的回音壁命名。在这个巨大的圆形房间内，由于声波沿着房间的弧形墙壁有效引导，两个面向对面墙壁站立的人即使在窃窃私语也能听到对方的声音。

胡玛尔和科伦贾克以大致相同的方式发现，光在激光中沿着肥皂泡的表面传播，并在肥皂泡的外壳上显示为一条明亮的带。当光在气泡表面传播时，它会发生干涉，从而产生不同的谐振器“模式”。这些模式在气泡的波长光谱中显示为一系列规则间隔的峰值。

别戳破我的泡沫

“有许多微型谐振器用作激光腔，包括实心球壳，”马特贾兹指出。 “然而，到目前为止，肥皂泡还没有作为光学空腔进行研究。”

这可能部分是因为肥皂制成的气泡激光器实用性有限。当水从气泡表面蒸发时，气泡的厚度迅速变化，直至破裂。

研究人员寻求的一个更实用的解决方案是用近晶液晶制造气泡。它们不含水，可以形成非常薄的气泡，厚度通常约为 30-120 纳米 (nm)。这些近晶气泡激光器更加稳定，几乎可以无限期地生存。正如 Matjaž 所解释的那样，较厚的气泡（例如由肥皂产生的气泡）允许谐振器中出现多种模式，从而导致波长谱中出现许多可能重叠的峰值。然而，较薄的气泡（小于 200 nm）仅允许谐振器中存在一种模式。这种单模操作表现为激光光谱中均匀分布的峰值。

研究人员证明，气泡激光器发射的波长可以通过改变其环境来调节。具体来说，改变环境压力或电场会改变气泡的尺寸，从而改变谐振器的尺寸，进而改变激光发射的波长。他们提供的测量结果表明，近晶气泡激光器对小至 0.35V/mm 的电场和 0.024 Pa 的压力变化敏感，与某些现有传感器相当或更好。

两人描述了他们的工作 物理评论X.

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