Araştırmacılar, sabun köpüğü kullanarak atmosferik basınç gibi çevresel faktörler için hassas bir sensör işlevi görebilecek bir lazer geliştirdi.
Araştırmacılar, çocukların ilgisini çekmesiyle tanınan sabun köpüklerinin büyüleyici bir yan işlevi de olduğunu keşfettiler: renk ayarlı lazer ışığı üretebiliyorlar. Kabarcığın sabun çözeltisinde çözünmüş bir boyanın, küresel kabuk içinde zaten akan ışığı güçlendirerek nasıl lazer ışığı üretebileceğini gösterdiler. Bu ışık kabarcığı çevreliyor ve parlak bir halka gibi görünüyor. Bu “kabarcık lazerler”, bir elektrik alanındaki veya hava basıncındaki değişiklikleri izlemek için yüksek hassasiyetli sensörler olarak kullanılabilir.
Baloncukların ışıkla etkileşime girme şekli, çekiciliklerinin önemli bir yönüdür. Sabun baloncukları parıltı gibi ışıldar ve havada ilerlerken renk değiştirir. Yanardönerlik olarak adlandırılan bu fenomenden, baloncuğun sabunlu kabuğunun içindeki ışık dalgalarının girişimi sorumludur.
Buna ek olarak, çalışmalar lazer ışığının bir baloncuğun kabuğu içinde yayılabildiğini ve ipliksi şimşeği andıran desenlere dallanabildiğini göstermiştir. Parlak yıldızlara dönüşebilen binlerce filamentin her biri konsantre bir ışığa sahiptir. Bu bulgular Slovenya Jožef Stefan Enstitüsü ve Ljubljana Üniversitesi’nden Matjaž Humar ve Zala Korenjak’ı lazer ışığının bir kabarcık içinde üretilip üretilemeyeceğini araştırmaya sevk etti.
Humar’a göre, “Baloncuğun bu şekilde çalışıp çalışmayacağını merak ettim.” Çeşitli tiplerdeki küresel kabuklar lazer boşluğu olarak kullanılmıştır.
Humar ve Korenjak, konsepti test etmek için floresan boya ile birleştirilmiş yaygın bir sabun köpüğü çözeltisi kullanarak bir alet geliştirdi. Kabarcık, kılcal bir tüpün ucunda tutulurken darbeli bir lazere maruz bırakıldı. Daha sonra, darbeli lazerin gücünü artırdıkça, araştırmacılar baloncuktan gelen ışık spektrumuna göz kulak oldular.
İkili sadece düşük seviyelerde floresan gördü, bu da geniş bir dalga boyu aralığında emisyon olarak görünen ışıktır. Humar ve Korenjak, darbeli lazerin yoğunluğunu artırdıkça kabarcık üzerinde yoğun bir ışık halkası gördü.
Ayrıca, kabarcığın emisyon spektrumunda bir eşik yoğunluğu üzerinde güçlü tepe noktaları fark ettiler ve bunu lazerin başlangıcı ile ilişkilendirdiler.
Bir optik rezonatör, bir enerji kaynağı ve rezonatördeki ışığı yoğunlaştıran “kazanç ortamı” olarak bilinen bir madde, bir lazerin üç ana parçasıdır. Humar’a göre, kabarcığın kabuğu rezonatör, boya kazanç ortamı ve darbeli lazer de enerji kaynağı olarak görev yaptı. Lasing, belirli dalga boylarındaki ışık yoğunlaştığında meydana geldi çünkü kabarcığın kabuğu içinde dolaşan floresanın yolu, bu dalga boylarının ışık dalgası zirvelerinin ardışık döngülerde üst üste gelmesine izin verecek uygun uzunluktaydı.
Bu çalışmalar konseptin uygulanabilirliğini göstermiş olsa da Humar sabun köpüğü lazerlerinin çok kullanışlı olmadığına dikkat çekiyor. Ona göre, “su sürekli olarak kabarcıklardan buharlaşarak boyutlarını, şekillerini ve ışık spektrumlarını değiştiriyor.” Humar ve Korenjak daha kararlı bir lazer için smektik sıvı-kristal kabarcıklara baktı; Humar’a göre bu kabarcıklar “herhangi bir değişiklik olmadan süresiz olarak hayatta kalabilir.”
Araştırmacılar, kabarcığa hava ekleyerek ya da elektrik alanı veya ortam hava basıncı gibi dış etkenleri ayarlayarak, smektik-kabarcık lazer tarafından yayılan ışığın dalga boyunu ayarlayabileceklerini gösterdiler.
Bu unsurların her biri baloncuğun yarıçapı üzerinde etkili olmuş ve bu da lazer ışığının dalga boyunu değiştirmiştir. Prensip kanıtlama çalışmalarına göre, 0,024 paskal basınç dalgalanmalarını ve 0,35 V/mm kadar küçük elektrik alanlarını tespit etmek mümkündür, bu da diğer mevcut sensörlerle karşılaştırılabilir veya onlardan daha iyidir. Kabarcıkların basınç dalgalanmalarına karşı hassasiyeti özellikle geniştir.
ESPCI ParisTech sıvı kristal araştırmacısı Teresa Lopez-Leon’a göre, “kabarcıkların boyutu ve dolayısıyla emisyon spektrumu, kabarcığın şişirilmesi ve söndürülmesi yoluyla dinamik olarak değiştirilebilir ve bu da benzeri görülmemiş bir ayarlanabilirlik sunar.” Lopez-Leon, kabarcıkların son derece ince kabukları nedeniyle özel mekanik ve optik özelliklere sahip olmalarına rağmen, şimdiye kadar sadece smektik sıvı kristal damlaları kullanılarak lasing yapıldığına dikkat çekiyor. Ayrıca Lopez-Leon, Humar ve Korenjak’ın smektik kabarcık lazerlerini inşa etmelerinin ne kadar basit olduğuna dikkat çekiyor. “Bunlar büyüleyici nesneler” diyor.
Kaynak: https://physics.aps.org/articles
