Словенские учёные добились нового прогресса, превратив мыльные пузыри в генераторы лазерного излучения и используя их структуру для разработки датчиков давления и электрического поля. Это открытие демонстрирует неожиданный потенциал обычных материалов для научных исследований. Датчики высокой чувствительности — одно из направлений применения этого открытия.
Много лет физики исследуют мыльные пузыри из-за их необычных геометрических свойств как поверхностей минимума, способа их колебаний и прекрасных интерференционных картин, появляющихся на их поверхности.
В Люблянском университете (Словения) учёные совершили необычное открытие: мыльные пузыри трансформированы в лазеры. .
Пузыри превращаются в лазеры?
Мыльные пузыри, часто ассоциируемые хрупкостью и мимолетной красотой, были переосмыслены Матьяжем Хумаром и Залой Поточник, исследователями из Люблянского университета. Переход к лазерам — это инновационный процесс, который начинается с добавления флуоресцентного красителя в обычный мыльный раствор для образования пузырей. Эта стадия важна, так как краситель играет ключевую роль в создании лазерного луча.
После формирования пузырьков воздействие света приводит к прохождению луча через краситель. В результате свет и характеристики мыльного пузыря создают более концентрированный пучок (лазер). Сам пузырь действует как полость, где свет отражается внутри. Это внутреннее отражение лежит в основе работы лазера. В обычных лазерах подобную полость часто создают зеркалами, расположенными на противоположных концах.
Внутренняя поверхность пузырька отражает свет, создавая многократное отражение внутри него. Это необходимо для усиления лазерного луча. Оптическая обратная связь поддерживает и стабилизирует свет в полости. Благодаря сферической форме пузыря механизм естественным образом интегрирован, позволяя свету циркулировать непрерывно и усиливаться при каждом проходе.
Мыльный пузырь в отраженном свете, проявляются интерференционные цвета. Флуоресцентное изображение легированного пузыря.
Этот процесс приводит к созданию миниатюрного лазера, который существенно отличается от стандартных лазеров своей структурой и принципом работы.
Простой и доступный процесс
Простота этого открытия удивляет. Согласно Хумару, создание лазера из мыльного пузыря не требует специальных материалов или аппаратуры.
Хумар утверждает, что почти любой мыльный пузырь можно превратить в лазер. Применение обычного мыла или смеси для детских игр не меняет результата. Процесс остается эффективным. Такая простота использования потенциально делает лазеры доступными для множества применений и исследований даже за пределами специализированных лабораторий.
Магия кроется в пузырьках, усовершенствованных жидкими кристаллами.
Ученые Люблянского университета провели эксперименты с жидкими кристаллами, выявив ключевые процессы стабилизации пузырьковых лазеров. Жидкие кристаллы, способные переориентироваться под воздействием электрических полей или колебаний температуры, предлагают инновационное решение для повышения долговечности и надежности пузырьковых лазеров.
Жидкие кристаллы укрепляют структуру пузырька, изменяя консистенцию и состав мембраны, что снижает вероятность ее деформации или разрыва. Такая стабилизация важна, потому что точность и эффективность лазера зависят от постоянства его полости, в данном случае мыльного пузыря.
Жидкокристаллические лазеры обладают исключительной чувствительностью к внешним воздействиям. Размер и форма мыльного пузыря в них подвержены влиянию атмосферного давления и электрических полей. Благодаря своей тонкой структуре, пузырьковые лазеры способны регистрировать малейшие изменения параметров лазера. Даже незначительное колебание давления может вызвать едва заметное изменение размера или формы пузырька, которое сразу же фиксируется системой измерения на базе лазерного луча.
Авторы сообщают, что их лазёры способны измерять изменения давления до 0,001% от атмосферного и обнаруживать самые слабые электрические поля. Мигель Бандрес из Университета Центральной Флориды акцентирует новизну данного подхода. Творчески соединив идею кольцевых микролазеров с совершенно новой основой, создатели открывают дорогу для широкого спектра новых возможностей. Этот прорыв может существенно повлиять на развитие сенсоров и даже открыть дорогу новым технологиям.