El jabón ha sido durante mucho tiempo un alimento básico en el hogar, pero los científicos en Eslovenia le han encontrado un nuevo uso al transformar las pompas de jabón en pequeños láseres. Trabajando en el Instituto Jožef Stefan y en la Universidad de Liubliana, empezaron creando pompas de jabón de unos pocos milímetros de diámetro. Cuando los mezclaron con un tinte fluorescente y los bombearon con un láser pulsado, las burbujas comenzaron a emitir láser. Las longitudes de onda de la luz que emite la burbuja responden en gran medida a su tamaño, lo que allana el camino para sensores láser de burbujas que pueden detectar pequeños cambios en la presión o en el campo eléctrico ambiental.

Un láser requiere tres componentes clave: un medio de ganancia, una fuente de energía para el medio de ganancia y un resonador óptico. El medio de ganancia amplifica la luz, lo que significa que por cada fotón que entra en el medio de ganancia, sale más de un fotón. Este fenómeno se puede aprovechar colocando el medio de ganancia en un resonador (por ejemplo, entre dos espejos o dentro de un bucle) de manera que los fotones emitidos por el medio de ganancia regresen a través de él para crear un haz de luz coherente y amplificado.

Los láseres de pompas de jabón hacen exactamente eso. Hacerlos, Matjaž Humar y Zala Korenjak mezcló una solución de jabón estándar con tinte fluorescente, que actúa como medio de ganancia. Las burbujas se forman al final de un tubo capilar y, al iluminarlas con un láser pulsado, se bombea el medio de ganancia. La luz que produce el medio de ganancia circula a lo largo de la superficie de la burbuja, que actúa como resonador.

Para caracterizar la salida de la burbuja, los investigadores utilizaron un espectrómetro para medir las longitudes de onda de la luz que produce. Sólo después de que el sistema alcanza un umbral de energía de bombeo, los investigadores ven picos en el espectro de longitud de onda de la burbuja, un marcador clave del láser.

De la catedral de San Pablo a la superficie de una pompa de jabón

Formar un resonador a partir de una esfera no es, en sí mismo, algo nuevo. Las microcavidades formadas en esferas, anillos y toroides han encontrado usos en la detección y se conocen como resonadores en modo de galería de susurros en honor a la famosa galería de susurros de la Catedral de San Pablo en Londres. Dentro de esta gran sala circular, dos personas que se encuentran frente a la pared en lados opuestos pueden escucharse incluso en un susurro gracias a la guía eficiente de las ondas sonoras a lo largo de las paredes curvas de la sala.

De la misma manera, Humar y Korenjak descubrieron que la luz se propaga a lo largo de la superficie de la pompa de jabón en su láser y aparece como una banda brillante en la cáscara de la burbuja. A medida que la luz viaja alrededor de la superficie de la burbuja, interfiere, creando distintos "modos" del resonador. Estos modos aparecen como una serie de picos espaciados regularmente en el espectro de longitudes de onda de la burbuja.

No explotes mi burbuja

“Hay muchos microresonadores que se utilizan como cavidades láser, incluidas cápsulas esféricas sólidas”, señala Matjaž. "Sin embargo, hasta ahora las pompas de jabón no se han estudiado como cavidades ópticas".

Esto puede deberse en parte a que los láseres de burbujas hechos de jabón tienen una practicidad limitada. A medida que el agua se evapora de la superficie de la burbuja, el grosor de la burbuja cambia rápidamente hasta que explota.

Una solución más práctica que los investigadores buscaron es hacer burbujas a partir de cristales líquidos esmécticos. Estos no contienen agua y pueden formar burbujas muy finas, normalmente de entre 30 y 120 nanómetros (nm) de espesor. Estos láseres de burbujas esmécticas son más estables y pueden sobrevivir casi indefinidamente. Como explica Matjaž, las burbujas más gruesas (como las creadas por el jabón) permiten muchos modos en el resonador, lo que da como resultado muchos picos, posiblemente superpuestos, en el espectro de longitudes de onda. Sin embargo, las burbujas más delgadas (menos de 200 nm) sólo permiten un modo en el resonador. Esta operación monomodo se manifiesta como picos distribuidos uniformemente en los espectros láser.

Los investigadores demostraron que la longitud de onda que emitían los láseres de burbujas podía ajustarse alterando su entorno. Específicamente, cambiar las presiones ambientales o los campos eléctricos alteró el tamaño de la burbuja, lo que cambia el tamaño del resonador y, a su vez, la longitud de onda de la emisión láser. Las mediciones que presentan muestran que los láseres de burbujas esmécticas son sensibles a campos eléctricos tan pequeños como 0.35 V/mm y cambios de presión de 0.024 Pa, a la par o mejor que algunos sensores existentes.

La pareja describe su trabajo en Revisión física X.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/soap-bubbles-transform-into-lasers/