Сапунени мехурчета са превърнати в лазери

Лазерите от мехурчета се оказват впечатляващи сензори с множество потенциални приложения

Ваня Милева Последна промяна на 20 ноември 2023 в 00:00 4490 0

Лазерите от мехурчета се оказват впечатляващи сензори с множество потенциални приложения

Кредит Rawpixel (CC0 1.0)

Лазерите от мехурчета се оказват впечатляващи сензори с множество потенциални приложения

Физиците отдавна изучават сапунените мехури заради техните необикновени геометрични свойства като минимални повърхности, заради начина, по който те осцилират, и заради красивите интерференчни шарки, които се появяват на повърхността им.

Така че би било лесно да решим, че сапунените мехури нямат какво повече да дадат по отношение на екзотичната физика и нямат нови приложения извън ваната. Но това е грешка.

Двама изследователи от Университета в Любляна, Словения - Зала Поточник (Zala Potŏcnik) и Матяж Хумар (Matjaž Humar) са открили начин да превърнат сапунените мехури в лазери. С това нововъведение те откриват цял нов свят от потенциални приложения за обикновеното сапунено мехурче.

Първо малко предистория. Лазерите произвеждат светлина чрез процес на оптично усилване, при който преминаването на фотони през среда стимулира излъчването на още фотони. Ключовите компоненти на лазера са средата, която усилва светлината, и процесът на оптична обратна връзка за многократно изпращане на едни и същи фотони през средата.

Оказва се, че сапунените мехури отговарят на всички тези критерии. Поточник и Хумар създават среда за усилване, като добавят багрило към сапуна и водата, от които се образуват мехурчетата.

И създават оптичната обратна връзка, изпращайки лазерна светлина в мехура под ъгъл, който допира повърхността на мехура. По този начин светлината се улавя в пръстен във вътрешността на мехура, тъй като многократно се отразява от вътрешната повърхност - ефект, известен като "ефект на шепнеща галерия. "Ние показваме, че легираните с багрило сапунени и смектични мехурчета могат да поддържат лазерен режим на шепнеща галерия", казват изследователите.

"Шепнеща галерия" (във физиката се използва терминът "ефект на шепнеща галерия") е кръгло или елипсовидно помещение, което има следната характеристика: шепотът в него се разпространява ясно покрай стените, но не се чува в останалата част от помещението.

В края на капиляра се образува сапунен мехур. (а) Схема на експерименталната конфигурация. Сапунен мехур с багрило се надува в края на хоризонтален капиляр и се осветява с лазер отдолу. Сапуненият филм се състои от слой вода, молекули на повърхностно активното вещество и молекули на флуоресцентно багрило. (b) Сапунен мехур в отразена светлина. Виждат се интерферентни цветове. (c) Флуоресцентно изображение на мехурче, легирано с багрило. Кредит: https://arxiv.org/pdf/2306.14676.pdf

Сапунените и водните мехурчета се правят лесно, но дебелината на повърхността им е трудна за контролиране. Затова Поточник и Хумар създават мехурчета и само с помощта на повърхностноактивни вещества, легирани с багрило, т.е. смектични мехурчета.

Смектични се наричат течни кристали, при които осите на молекулите са ориентирани в една посока, а самите молекули са подредени по слоеве и могат да се движат вътре в слоя.

Те се образуват на молекулярни слоеве, така че дебелината им винаги е цяло число, кратно на един слой. Те са изключително стабилни и позволяват експерименти с едно мехурче в продължение на 30 минути. Те също излъчват светлина по същия начин като сапунените мехурчета.

Свободно плаващи мехурчета. (а) Експериментална конфигурация за свободно плаващи сапунени мехурчета. (b) Снимка на по-голям плаващ сапунен мехур, който се осветява от лазера на помпата и излъчва лазерна светлина. Кредит: https://arxiv.org/pdf/2306.14676.pdf

"Поради течната си природа мехурчетата са меки в сравнение със стъклените си аналози", обясняват изследователите. "Това оказва влияние върху лазерното лъчение и дава възможност за някои уникални приложения."

Например светлинният поток е силно чувствителен към всяка промяна в размера или формата на мехурчето.

"Лазеризацията позволи измерването на промени в размерите, малки от 10 нанометра в мехурче с размер милиметър и дебелина ∼100 нанометра", посочват изследователите.

А това дава възможност да се открие всичко, което влияе върху размера на мехурчето. Поточник и Хумар използват своите мехурчести лазери, за да измерват промените в атмосферното налягане, а също и в електрическите полета, които променят формата на мехурчетата. И като добавят магнитни наночастици към филма, те казват, че могат да откриват промени в магнитните полета.

"Лазерите от сапунени мехурчета са уникален вид микропоглъщатели, които са едни от най-добрите микросензори за електрическо поле и налягане към днешна дата", казват изследователите.

Това е интересна работа, която превръща мехурчетата от куриози в банята във високочувствителни измервателни устройства. 

Справка: Smectic and soap bubble optofluidic lasers; Zala Korenjak, Matjaž Humar; https://arxiv.org/abs/2306.14676 

Източник: Soap Bubbles Turned Into Lasers, Discover magazine

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !