비누는 오랫동안 가정의 필수품이었지만 슬로베니아의 과학자들은 이제 비누 방울을 작은 레이저로 변환하여 비누의 새로운 용도를 발견했습니다. 요제프 스테판 연구소(Jožef Stefan Institute)와 류블랴나 대학교(University of Ljubljana)에서 근무하면서 그들은 직경이 몇 밀리미터인 비누 거품을 만드는 것부터 시작했습니다. 이것을 형광 염료와 혼합하고 펄스 레이저로 펌핑하자 거품이 레이저로 퍼지기 시작했습니다. 기포가 방출하는 빛의 파장은 크기에 크게 반응하므로 압력이나 주변 전기장의 작은 변화를 감지할 수 있는 기포 레이저 센서의 기반이 마련되었습니다.

레이저에는 이득 매질, 이득 매질용 에너지원, 광학 공진기라는 세 가지 주요 구성 요소가 필요합니다. 이득 매질은 빛을 증폭시킵니다. 즉, 이득 매질로 들어가는 모든 광자에 대해 두 개 이상의 광자가 나옵니다. 이 현상은 이득 매질에서 방출된 광자가 공진기를 통과하여 증폭되고 일관된 광선을 생성하도록 공진기(예: 두 개의 거울 사이 또는 루프 내부)에 이득 매질을 배치하여 활용할 수 있습니다.

비눗방울 레이저가 바로 그런 일을 합니다. 그것들을 만들기 위해서는, 마짜즈 후마르 Zala Korenjak 표준 비누 용액과 형광 염료를 혼합하여 이득 매질로 작용합니다. 기포는 모세관 끝에 형성되며 펄스 레이저로 기포를 조명하면 이득 매체가 펌핑됩니다. 이득 매질이 생성하는 빛은 공진기 역할을 하는 기포 표면을 따라 순환합니다.

기포의 출력을 특성화하기 위해 연구원들은 분광계를 사용하여 기포가 생성하는 빛의 파장을 측정했습니다. 시스템이 임계 펌핑 에너지에 도달한 후에야 연구원들은 레이저 발사의 핵심 지표인 기포의 파장 스펙트럼에서 최고점을 볼 수 있습니다.

세인트폴 대성당부터 비눗방울 표면까지

구에서 공진기를 형성하는 것 자체는 새로운 것이 아닙니다. 구형, 링 및 토로이드로 형성된 미세 공동은 모두 감지에 사용되며 런던 세인트 폴 대성당의 유명한 속삭이는 갤러리의 이름을 따서 속삭이는 갤러리 모드 공진기로 알려져 있습니다. 이 커다란 원형 방에서는 벽을 마주하고 서로 반대편에 서 있는 두 사람이 방의 곡선 벽을 따라 효율적으로 음파를 유도함으로써 속삭이는 소리조차 서로의 소리를 들을 수 있습니다.

마찬가지로 Humar와 Korenjak은 빛이 레이저의 비누 방울 표면을 따라 전파되고 거품 껍질에 밝은 띠로 나타나는 것을 발견했습니다. 빛이 기포 표면 주위를 이동할 때 간섭하여 공진기의 뚜렷한 "모드"를 생성합니다. 이러한 모드는 기포의 파장 스펙트럼에서 일련의 규칙적인 간격의 피크로 나타납니다.

내 거품을 터뜨리지 마세요

Matjaž는 “단단한 구형 쉘을 포함하여 레이저 공동으로 사용되는 마이크로 공진기가 많이 있습니다.”라고 말합니다. "그러나 비눗방울은 지금까지 광학 공동으로 연구되지 않았습니다."

이는 부분적으로 비누로 만든 버블 레이저가 실용성에 제한이 있기 때문일 수 있습니다. 기포 표면에서 물이 증발함에 따라 기포의 두께는 터질 때까지 빠르게 변합니다.

연구진이 추구하는 보다 실용적인 해결책은 스멕틱 액정에서 기포를 만드는 것입니다. 여기에는 물이 포함되어 있지 않으며 일반적으로 두께가 약 30~120나노미터(nm)인 매우 얇은 거품을 형성할 수 있습니다. 이러한 스멕틱 버블 레이저는 더욱 안정적이며 거의 무한정 생존할 수 있습니다. Matjaž가 설명했듯이, 비누로 생성된 것과 같은 두꺼운 기포는 공진기에서 많은 모드를 허용하여 파장 스펙트럼에서 중첩되는 피크가 많이 발생할 수 있습니다. 그러나 더 얇은 기포(200nm 미만)는 공진기에서 하나의 모드만 허용합니다. 이 단일 모드 작동은 레이저 스펙트럼에서 피크가 고르게 분포된 것으로 나타납니다.

연구진은 버블 레이저가 방출하는 파장이 환경을 변경함으로써 조정될 수 있음을 입증했습니다. 특히 주변 압력이나 전기장을 변경하면 기포의 크기가 변경되어 공진기의 크기가 변경되고 결과적으로 레이저 방출의 파장도 변경됩니다. 그들이 제시한 측정 결과는 스멕틱 버블 레이저가 0.35V/mm만큼 작은 전기장과 0.024Pa의 압력 변화에 민감하다는 것을 보여줍니다. 이는 일부 기존 센서와 동등하거나 그 이상입니다.

두 사람은 자신의 작업을 다음과 같이 설명합니다. 물리적 검토 X.

• SEO 기반 콘텐츠 및 PR 배포. 오늘 증폭하십시오.
• PlatoData.Network 수직 생성 Ai. 자신에게 권한을 부여하십시오. 여기에서 액세스하십시오.
• PlatoAiStream. 웹3 인텔리전스. 지식 증폭. 여기에서 액세스하십시오.
• 플라톤ESG. 탄소, 클린테크, 에너지, 환경, 태양광, 폐기물 관리. 여기에서 액세스하십시오.
• PlatoHealth. 생명 공학 및 임상 시험 인텔리전스. 여기에서 액세스하십시오.
• 출처: https://physicsworld.com/a/soap-bubbles-transform-into-lasers/