Το σαπούνι ήταν εδώ και πολύ καιρό βασικό προϊόν του νοικοκυριού, αλλά οι επιστήμονες στη Σλοβενία ​​βρήκαν τώρα μια νέα χρήση του μετατρέποντας τις σαπουνόφουσκες σε μικροσκοπικά λέιζερ. Δουλεύοντας στο Ινστιτούτο Jožef Stefan και στο Πανεπιστήμιο της Λιουμπλιάνα, ξεκίνησαν δημιουργώντας σαπουνόφουσκες με διάμετρο λίγων χιλιοστών. Όταν τα αναμείξανε με μια φθορίζουσα βαφή και τα αντλούσαν με παλμικό λέιζερ, οι φυσαλίδες άρχισαν να βγάζουν λέιζερ. Τα μήκη κύματος του φωτός που εκπέμπει η φυσαλίδα ανταποκρίνονται σε μεγάλο βαθμό στο μέγεθός της, ανοίγοντας το δρόμο για αισθητήρες λέιζερ φυσαλίδων που μπορούν να ανιχνεύσουν μικροσκοπικές αλλαγές στην πίεση ή στο ηλεκτρικό πεδίο του περιβάλλοντος.

Ένα λέιζερ απαιτεί τρία βασικά συστατικά: ένα μέσο απολαβής, μια πηγή ενέργειας για το μέσο απολαβής και έναν οπτικό συντονιστή. Το μέσο απολαβής ενισχύει το φως, που σημαίνει ότι για κάθε φωτόνιο που εισέρχεται στο μέσο απολαβής, βγαίνουν περισσότερα από ένα φωτόνια. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εκμεταλλευτεί τοποθετώντας το μέσο κέρδους σε έναν συντονιστή - για παράδειγμα, ανάμεσα σε δύο κάτοπτρα ή μέσα σε έναν βρόχο - έτσι ώστε τα φωτόνια που εκπέμπονται από το μέσο κέρδους να επιστρέψουν μέσα από αυτό για να δημιουργήσουν μια ενισχυμένη, συνεκτική δέσμη φωτός.

Τα λέιζερ με σαπουνόφουσκες κάνουν ακριβώς αυτό. Για να τα φτιάξω, Matjaž Humar και Zala Korenjak ανάμεικτο πρότυπο διάλυμα σαπουνιού με φθορίζουσα χρωστική ουσία, η οποία λειτουργεί ως μέσο κέρδους. Οι φυσαλίδες σχηματίζονται στο άκρο ενός τριχοειδούς σωλήνα και φωτίζοντάς τες με παλμικό λέιζερ αντλεί το μέσο απολαβής. Το φως που παράγει το μέσο κέρδους κυκλοφορεί κατά μήκος της επιφάνειας της φυσαλίδας, η οποία λειτουργεί ως αντηχείο.

Για να χαρακτηρίσουν την έξοδο της φυσαλίδας, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα φασματόμετρο για να μετρήσουν τα μήκη κύματος του φωτός που παράγει. Μόνο αφού το σύστημα φτάσει σε ένα κατώφλι αντλώντας ενέργεια, οι ερευνητές βλέπουν κορυφές στο φάσμα μήκους κύματος της φυσαλίδας - ένας βασικός δείκτης λέιζινγκ.

Από τον καθεδρικό ναό του Αγίου Παύλου στην επιφάνεια μιας σαπουνόφουσκας

Ο σχηματισμός αντηχείου από μια σφαίρα δεν είναι, από μόνος του, νέος. Οι μικροκοιλότητες που σχηματίζονται σε σφαίρες, δακτυλίους και δακτυλίους έχουν βρει όλες χρήσεις στην ανίχνευση και είναι γνωστές ως αντηχεία λειτουργίας ψιθυριστών από τη διάσημη γκαλερί ψιθυριστών στον καθεδρικό ναό του Αγίου Παύλου στο Λονδίνο. Μέσα σε αυτό το μεγάλο, κυκλικό δωμάτιο, δύο άτομα που στέκονται απέναντι στον τοίχο στις αντίθετες πλευρές μπορούν να ακούσουν ο ένας τον άλλον ακόμη και σε έναν ψίθυρο χάρη στην αποτελεσματική καθοδήγηση των ηχητικών κυμάτων κατά μήκος των καμπυλωτών τοίχων του δωματίου.

Με τον ίδιο περίπου τρόπο, οι Humar και Korenjak διαπίστωσαν ότι το φως διαδίδεται κατά μήκος της επιφάνειας της σαπουνόφουσκας στο λέιζερ τους και εμφανίζεται ως μια φωτεινή ζώνη στο κέλυφος της φυσαλίδας. Καθώς το φως ταξιδεύει γύρω από την επιφάνεια της φυσαλίδας, παρεμβαίνει, δημιουργώντας διακριτούς «τρόπους» του συντονιστή. Αυτοί οι τρόποι λειτουργίας εμφανίζονται ως μια σειρά από κανονικά απέχουσες κορυφές στο φάσμα μήκους κύματος της φυσαλίδας.

Μη μου σκάσεις τη φούσκα

«Υπάρχουν πολλοί μικρο-συντονιστές που χρησιμοποιούνται ως κοιλότητες λέιζερ, συμπεριλαμβανομένων συμπαγών σφαιρικών κελυφών», σημειώνει ο Matjaž. «Οι σαπουνόφουσκες, ωστόσο, δεν έχουν μελετηθεί ως οπτικές κοιλότητες μέχρι τώρα».

Αυτό μπορεί να οφείλεται εν μέρει στο ότι τα λέιζερ με φυσαλίδες από σαπούνι έχουν περιορισμένη πρακτικότητα. Καθώς το νερό εξατμίζεται από την επιφάνεια της φυσαλίδας, το πάχος της φυσαλίδας αλλάζει γρήγορα μέχρι να σκάσει.

Μια πιο πρακτική λύση που επιδίωξαν οι ερευνητές είναι να φτιάξουν φυσαλίδες από σμηκτικούς υγρούς κρυστάλλους. Αυτά δεν περιέχουν νερό και μπορούν να σχηματίσουν πολύ λεπτές φυσαλίδες, συνήθως πάχους περίπου 30-120 νανόμετρα (nm). Αυτά τα smectic λέιζερ με φυσαλίδες είναι πιο σταθερά και μπορούν να επιβιώσουν σχεδόν επ 'αόριστον. Όπως εξηγεί ο Matjaž, οι παχύτερες φυσαλίδες (όπως αυτές που δημιουργούνται από το σαπούνι), επιτρέπουν πολλούς τρόπους λειτουργίας στον συντονιστή, με αποτέλεσμα πολλές, πιθανώς επικαλυπτόμενες κορυφές στο φάσμα μήκους κύματος. Λεπτότερες φυσαλίδες (λιγότερο από 200 nm), ωστόσο, επιτρέπουν μόνο μία λειτουργία στον αντηχείο. Αυτή η λειτουργία ενός τρόπου λειτουργίας εκδηλώνεται ως ομοιόμορφα κατανεμημένες κορυφές στα φάσματα λέιζινγκ.

Οι ερευνητές απέδειξαν ότι το μήκος κύματος που εκπέμπουν τα λέιζερ φυσαλίδων θα μπορούσε να συντονιστεί αλλάζοντας το περιβάλλον τους. Συγκεκριμένα, η αλλαγή των πιέσεων του περιβάλλοντος ή των ηλεκτρικών πεδίων άλλαξε το μέγεθος της φυσαλίδας, γεγονός που αλλάζει το μέγεθος του συντονιστή και, με τη σειρά του, το μήκος κύματος της εκπομπής λέιζερ. Οι μετρήσεις που παρουσιάζουν δείχνουν ότι τα λέιζερ smectic φυσαλίδων είναι ευαίσθητα σε ηλεκτρικά πεδία τόσο μικρά όσο 0.35 V/mm και αλλαγές πίεσης 0.024 Pa – στο ίδιο επίπεδο ή καλύτερα από ορισμένους υπάρχοντες αισθητήρες.

Το ζευγάρι περιγράφει τη δουλειά του στο Φυσική εξέταση X.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/soap-bubbles-transform-into-lasers/