Laserji in mehurčki

Vsem dobro znani milni mehurčki skrivajo mnogo zanimivih optičnih pojavov. Lahko so denimo uporabni kot laserski resonatorji, kar je preučevala raziskovalna skupina z Instituta Jožef Stefan. Na površini mehurčkov milnice jim je uspelo vzpostaviti optično resonanco, zaradi česar se mehurček obnaša kot laserski resonator. Izsledke raziskave so objavili v reviji Physical Review X.

Milnica, s katero tvorimo mehurčke, ima urejeno strukturo  kristalov. Molekule se v milnici lahko uredijo v plasti tako, da je mehurček po vsej površini enake debeline, tipično nekaj sto nanometrov. V mehurčkih, kjer je zunanja plast enake debeline, se v površini vzpostavijo resonance, kar pomeni, da se določena valovna dolžina lahko neovirano širi po površini mehurčka. Te resonance so uporabne, saj v kombinaciji s sredstvom z optičnim ojačanjem omogočajo lasersko obnašanje v snovi. Resonance v mehurčku namreč igrajo isto vlogo kot resonator v laserju, ki določa valovno dolžino izsevane svetlobe. V prejšnjih raziskavah so pojav že zaznali v mikroskopskih mehurčkih stekla, ta raziskovalna skupina pa je prva, ki je to demonstrirala v mehurčkih tekočin.

Znanost / Znanstveni britoff

Neuničljivi mehurčki

Mehurčki, ki živijo več kot leto dni

Tina Klobas

 / 14. 2. 2022

Milnico so ustvarili iz mešanice vode, glicerola in mila za roke, kot optični ojačevalec pa so mešanici dodali fluorescenčno sol. S kapilaro ali injekcijo so zajeli milnico in jo napihnili v mehurček, velik od nekaj milimetrov do nekaj centimetrov. Lasersko obnašanje mehurčka so dosegli tako, da so s pulznim laserjem, ki seva v dokaj širokem delu spektra, posvetili na mehurček. Ta je nato izseval lasersko svetlobo zgolj pri natančno določenih valovnih dolžinah.

Ob spreminjanju velikosti mehurčkov so opazili spremembo v valovni dolžini izsevane svetlobe. Velikost mehurčka namreč določa, pri kateri valovni dolžini pride do resonanc v mehurčku, kar določa valovno dolžino izsevane svetlobe. Nadalje je skupina opazila, da se je zaradi difuzije zraka iz mehurčka v okolico mehurček manjšal. Zaradi odvisnosti resonanc od velikosti mehurčka so lahko spremembe velikosti zaznali. Še več, ker mehurček oddaja lasersko svetlobo, so spremembo njegove velikosti lahko določili na deset nanometrov natančno. To je velika prednost meritev z laserji, saj imajo ti po navadi ostro določene valovne dolžine, kar omogoča zelo natančne meritve še tako majhnih sprememb.

Zrak v mehurčkih je stisljiv, zato se velikost mehurčka spreminja s tlakom. Ker lahko velikost mehurčka določimo zelo natančno, je po ocenah raziskovalne skupine s takšnimi mehurčki mogoče meriti spremembe tlaka od nekaj stotisočink atmosfere do več sto atmosfer. Takšen dinamičen razpon je v primerjavi z detektorji primerljive velikosti izjemen.

Raziskovalna skupina je s svojo raziskavo kot prva poročala o laserskem obnašanju milnih mehurčkov in demonstrirala njihovo uporabo kot merilcev tlaka. Skupina meni, da za takšne detektorje obstaja mnogo niš uporabe, saj jih je preprosto izdelati in vzdrževati ter so razmeroma poceni.

Milnate mehurčke je napihal Oskar.

Članek: https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.14.011002

Vir slike: Raphaël Quinet link