Zeep is lange tijd een basisproduct in huis geweest, maar wetenschappers in Slovenië hebben er nu een nieuw gebruik voor gevonden door zeepbellen in kleine lasers te transformeren. Ze werkten bij het Jožef Stefan Instituut en de Universiteit van Ljubljana en begonnen met het creëren van zeepbellen met een diameter van enkele millimeters. Toen ze deze met een fluorescerende kleurstof mengden en ze met een gepulseerde laser pompten, begonnen de belletjes te vervagen. De golflengten van het licht dat de bel uitzendt, reageren sterk op de grootte ervan, wat de weg vrijmaakt voor bellenlasersensoren die kleine veranderingen in de druk of het elektrische veld van de omgeving kunnen detecteren.

Een laser heeft drie belangrijke componenten nodig: een versterkingsmedium, een energiebron voor het versterkingsmedium en een optische resonator. Het versterkingsmedium versterkt het licht, wat betekent dat voor elk foton dat het versterkingsmedium binnengaat, er meer dan één foton naar buiten komt. Dit fenomeen kan worden uitgebuit door het versterkingsmedium in een resonator te plaatsen – bijvoorbeeld tussen twee spiegels of in een lus – zodat de door het versterkingsmedium uitgezonden fotonen er weer doorheen gaan en een versterkte, coherente lichtbundel creëren.

De zeepbellenlasers doen precies dat. Om ze te maken, Matjaž Humar en Zala Korenjak mengden een standaardzeepoplossing met fluorescerende kleurstof, die als versterkingsmedium fungeert. De belletjes vormen zich aan het uiteinde van een capillaire buis en door ze te verlichten met een gepulseerde laser wordt het versterkingsmedium gepompt. Het licht dat het versterkingsmedium produceert circuleert langs het oppervlak van de bel, dat als resonator fungeert.

Om de output van de bel te karakteriseren, gebruikten de onderzoekers een spectrometer om de golflengten van het licht dat hij produceert te meten. Pas nadat het systeem een ​​drempel voor pompenergie heeft bereikt, zien de onderzoekers pieken in het golflengtespectrum van de bel – een belangrijke marker voor laserwerking.

Van St. Paul's Cathedral tot het oppervlak van een zeepbel

Het vormen van een resonator uit een bol is op zichzelf niet nieuw. Microholtes gevormd in bollen, ringen en toroïden hebben allemaal hun nut gevonden bij het waarnemen, en staan ​​bekend als fluisterende galerijmodusresonatoren, naar de beroemde fluistergalerij in de St. Paul's Cathedral in Londen. In deze grote, ronde kamer kunnen twee mensen die aan weerszijden naar de muur staan, elkaar zelfs fluisterend horen dankzij de efficiënte geleiding van geluidsgolven langs de gebogen wanden van de kamer.

Op vrijwel dezelfde manier ontdekten Humar en Korenjak dat licht zich in hun laser langs het oppervlak van de zeepbel voortplant en als een heldere band op de schaal van de zeepbel verschijnt. Terwijl het licht rond het oppervlak van de bel reist, interfereert het, waardoor verschillende ‘modi’ van de resonator ontstaan. Deze modi verschijnen als een reeks regelmatig verdeelde pieken in het golflengtespectrum van de bel.

Laat mijn bubbel niet barsten

“Er worden veel microresonatoren gebruikt als laserholtes, waaronder massieve bolvormige omhulsels”, merkt Matjaž op. “Zeepbellen zijn echter tot nu toe niet onderzocht als optische holtes.”

Dit kan gedeeltelijk komen doordat bellenlasers gemaakt van zeep een beperkte bruikbaarheid hebben. Terwijl water van het oppervlak van de bel verdampt, verandert de dikte van de bel snel totdat hij barst.

Een meer praktische oplossing die de onderzoekers nastreefden, is het maken van belletjes uit smectische vloeibare kristallen. Deze bevatten geen water en kunnen zeer dunne belletjes vormen, doorgaans ongeveer 30-120 nanometer (nm) dik. Deze smectische bellenlasers zijn stabieler en kunnen vrijwel onbeperkt overleven. Zoals Matjaž uitlegt, laten dikkere bellen (zoals die gecreëerd door zeep) vele modi in de resonator toe, wat resulteert in veel, mogelijk overlappende pieken in het golflengtespectrum. Dunnere bellen (minder dan 200 nm) laten echter slechts één modus in de resonator toe. Deze single-mode werking manifesteert zich als gelijkmatig verdeelde pieken in de laserspectra.

De onderzoekers toonden aan dat de golflengte die de bellenlasers uitzonden, kon worden afgestemd door hun omgeving te veranderen. Concreet veranderde het veranderen van de omgevingsdruk of elektrische velden de grootte van de bel, waardoor de grootte van de resonator veranderde en, op zijn beurt, de golflengte van de laseremissie. Uit de metingen die ze presenteren blijkt dat de smectische bellenlasers gevoelig zijn voor elektrische velden zo klein als 0.35 V/mm en drukveranderingen van 0.024 Pa – vergelijkbaar of beter dan sommige bestaande sensoren.

Het tweetal beschrijft hun werk in Fysieke beoordeling X.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/soap-bubbles-transform-into-lasers/