Bubbles make a random laser

R. Sato (NIMS) published a work on random laser with S. Murai in Nano Letters! Very good job, Sato-san!! / 気泡誘起ランダムレーザーに関するSato（NIMS）らの成果がNano Lettersに掲載されました！ 村井助教はレーザー発振機構に関する議論で本論文に参加しました

Numerous laboratories have observed random lasing from optically pumped solutions of plasmonic nanoparticles (NPs) suspended with organic dye molecules. The underlying mechanism is typically attributed to the formation of closed-loop optical cavities enabled by the large local field and scattering enhancements in the vicinity of plasmonic NPs. In this manuscript, we propose an alternative mechanism that does not directly require the plasmon resonance. We used high-speed confocal microspectroscopy to observe the photophysical dynamics of NPs in solution. Laser pulses induce the formation of microbubbles that surround and encapsulate the NPs, then sharp peaks <1.0 nm are observed that match the spectral signature of random lasing. Electromagnetic simulations indicate that ensembles of microbubbles may form optical corral containing standing wave patterns that are sufficient to sustain coherent optical feedback in a gain medium. Collectively, these results show that ensembles of plasmonic-induced bubbles can generate optical feedback and random lasing. / 多くの研究室が、プラズモンナノ粒子（NP）を懸濁した有機色素分子溶液からのランダムレーザー発振を観察しています。根底にあるメカニズムは、通常、大きな局所場とプラズモンNPの近くでの散乱増強によって可能になる閉ループ光共振器の形成に起因しますとされています。この原稿では、プラズモン共鳴を直接必要としない代替メカニズムを提案します。高速共焦点顕微分光法を使用して、溶液中のNPの光物理的ダイナミクスを観察しました。レーザーパルスは、NPを取り囲み、カプセル化するマイクロバブルの形成を誘発します。その後、ランダムレーザーのスペクトルシグネチャと一致する1.0nm未満の鋭いピークが観察されます。電磁シミュレーションは、マイクロバブルの集合が、利得媒体でコヒーレントな光フィードバックを維持するのに十分な定在波パターンを含む光囲いを形成する可能性があることを示しています。まとめると、これらの結果は、プラズモンによって誘発された気泡の集団が光フィードバックとランダムレーザー発振を生成できることを示しています。

Random Lasing via Plasmon-Induced Cavitation of Microbubbles, Rodrigo Sato*, Joel Henzie, Boyi Zhang, Satoshi Ishii, Shunsuke Murai, Ken Takazawa, Yoshihiko Takeda* Cite this: Nano Lett. 2021,21, 14, 6064–6070, Publication Date:July 9, 2021https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01321