Sabun uzun zamandır evde kullanılan bir malzemeydi ancak Slovenya'daki bilim insanları artık sabun köpüklerini küçük lazerlere dönüştürerek sabun için yeni bir kullanım alanı buldular. Jožef Stefan Enstitüsü ve Ljubljana Üniversitesi'nde çalışarak işe birkaç milimetre çapında sabun köpüğü yaratarak başladılar. Bunları floresan boyayla karıştırıp atımlı lazerle pompaladıklarında kabarcıklar patlamaya başladı. Baloncuğun yaydığı ışığın dalga boyları, boyutuna son derece duyarlı olup, basınçtaki veya ortamdaki elektrik alanındaki küçük değişiklikleri tespit edebilen kabarcık-lazer sensörlerinin önünü açıyor.

Bir lazer üç temel bileşene ihtiyaç duyar: bir kazanç ortamı, kazanç ortamı için bir enerji kaynağı ve bir optik rezonatör. Kazanç ortamı ışığı güçlendirir, yani kazanç ortamına giren her foton için birden fazla foton ortaya çıkar. Bu olgu, kazanç ortamının bir rezonatöre (örneğin, iki ayna arasına veya bir döngü içine) yerleştirilmesiyle kullanılabilir; böylece kazanç ortamı tarafından yayılan fotonlar güçlendirilmiş, tutarlı bir ışık ışını oluşturmak için bunun içinden geri döner.

Sabun köpüğü lazerleri tam olarak bunu yapıyor. Bunları yapmak için Matjaž Humar ve Zala Korenjak standart sabun çözeltisini kazanç ortamı görevi gören floresan boyayla karıştırdı. Kılcal tüpün ucunda kabarcıklar oluşur ve bunları atımlı bir lazerle aydınlatarak kazanç ortamını pompalar. Kazanç ortamının ürettiği ışık, bir rezonatör görevi gören kabarcığın yüzeyi boyunca dolaşır.

Baloncuğun çıktısını karakterize etmek için araştırmacılar, ürettiği ışığın dalga boylarını ölçmek için bir spektrometre kullandılar. Ancak sistem enerji pompalayan bir eşiğe ulaştıktan sonra araştırmacılar balonun dalga boyu spektrumundaki zirveleri görebiliyorlar; bu da kalıcılığın önemli bir göstergesi.

Aziz Paul Katedrali'nden sabun köpüğünün yüzeyine

Bir küreden rezonatör oluşturmak kendi başına yeni değildir. Küreler, halkalar ve toroidler halinde oluşturulan mikro boşlukların tümü algılamada kullanım alanı bulmuş ve Londra'daki St. Paul Katedrali'ndeki ünlü fısıldayan galeriden sonra fısıldayan galeri modu rezonatörleri olarak bilinmektedir. Bu büyük, dairesel odada, karşılıklı duvara dönük duran iki kişi, ses dalgalarının odanın kavisli duvarları boyunca etkili bir şekilde yönlendirilmesi sayesinde birbirlerini fısıltı halinde bile duyabilmektedir.

Benzer şekilde Humar ve Korenjak, lazerlerinde ışığın sabun köpüğünün yüzeyi boyunca yayıldığını ve kabarcığın kabuğunda parlak bir bant olarak göründüğünü buldular. Işık kabarcığın yüzeyi etrafında ilerledikçe müdahale ederek rezonatörün farklı “modlarını” yaratır. Bu modlar, kabarcığın dalga boyu spektrumunda düzenli aralıklı bir dizi tepe noktası olarak ortaya çıkıyor.

Balonumu patlatma

Matjaž, "Katı küresel kabuklar da dahil olmak üzere lazer boşlukları olarak kullanılan birçok mikro rezonatör var" diyor. "Ancak sabun kabarcıkları şimdiye kadar optik boşluklar olarak incelenmedi."

Bunun nedeni kısmen sabundan yapılan baloncuklu lazerlerin sınırlı pratikliğe sahip olması olabilir. Baloncuğun yüzeyinden su buharlaştıkça, baloncuğun kalınlığı patlayana kadar hızla değişir.

Araştırmacıların takip ettiği daha pratik bir çözüm ise smektik sıvı kristallerden kabarcıklar yapmaktı. Bunlar su içermez ve genellikle yaklaşık 30-120 nanometre (nm) kalınlığında çok ince kabarcıklar oluşturabilir. Bu smektik kabarcık lazerleri daha kararlıdır ve neredeyse süresiz olarak hayatta kalabilir. Matjaž'ın açıkladığı gibi, daha kalın kabarcıklar (sabun tarafından oluşturulanlar gibi), rezonatörde birçok moda izin verir ve bu da dalga boyu spektrumunda birçok, muhtemelen örtüşen tepe noktalarına neden olur. Ancak daha ince kabarcıklar (200 nm'den az) rezonatörde yalnızca bir moda izin verir. Bu tek modlu işlem, kalıcı spektrumlarda eşit olarak dağılmış tepe noktaları olarak kendini gösterir.

Araştırmacılar, kabarcık lazerlerinin yaydığı dalga boyunun, ortam değiştirilerek ayarlanabileceğini gösterdi. Spesifik olarak, ortam basınçlarının veya elektrik alanlarının değiştirilmesi, kabarcığın boyutunu değiştirdi; bu da rezonatörün boyutunu ve dolayısıyla lazer emisyonunun dalga boyunu değiştirdi. Sundukları ölçümler, smektik kabarcık lazerlerinin 0.35V/mm kadar küçük elektrik alanlarına ve 0.024 Pa'lık basınç değişikliklerine eşit veya mevcut bazı sensörlerden daha iyi duyarlı olduğunu göstermektedir.

İkili çalışmalarını şöyle anlatıyor: Fiziksel İnceleme X.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/soap-bubbles-transform-into-lasers/