Open-Air Lasere Mulige ved at Konvertere Energi mellem Kvælstof og Argon

A team of researchers from the University of California Los Angeles (UCLA) and the Max Born Institute published a study demonstrating the use of Nitrogen and Argon to create laser light. The study builds on decades of research into the field of creating open-air lasers, which could one day help to improve sensors, robotics, and much more. Here’s what you need to know.

Laserteknologi

For decades, the primary way lasers operated was by shooting a beam of light through an optical cavity at a pair of mirrors. These mirrors are constructed and angled in a manner that enables the light to be bounced back and forth between the devices. This bouncing action amplifies the intensity of that light, creating the focused beam you see.

Open-Air Lasere

Since the beginning of laser research, there have been engineers seeking to create laser light without the use of amplification cavities and mirrors. Within this research, there is a subsection of engineers who seek to create open-air lasers. These devices utilize interactions between particles excited by intense light to form laser light. Until recently, this scientific concept was not possible. However, it appears that the tides have changed following the publication of this recent study.

Kvælstof-Argon Open-Air Laserundersøgelse

Undersøgelsen beskriver brugen af kvælstof- og argonblandinger til at fremkalde kaviterfri lasing i atmosfærisk luft. undersøgelsen, offentliggjort i Physical Review Letters, introducerer konceptet og en fungerende model, der opnåede fotonmedieret energioverførsel mellem N₂ og Ar, hvilket resulterede i en superfluorescensrespons.

Teamets forskning ser på mange forskellige koncepter, da omgivende luft har forskellige komponenter, der kan fremkalde en superfluorescensrespons. For at bekræfte, at argon og kvælstof var de aktive komponenter i responsen, måtte teamet overvåge koblingen af de to i et ilt-stabilt miljø. Testene afslørede nogle interessante resultater, herunder tovejs lasingseffekter, som åbnede døren for en række nye videnskabelige eksperimenter.

Open-Air Lasere – Testning

Testningen startede med, at ingeniører brugte en 261 nm pumpelaser til at excitere gasserne. Målet var at opnå en dybere forståelse af, hvorfor argonblandingen gennemgår en reduktion i ioniseringshastighed. Denne test førte til, at ingeniørerne fokuserede på den 3-foton resonante absorption af 261 nm fotoner i Ar. Her opdagede de en direkte korrelation med den tovejs lasingseffekt.

Den tovejs kaskaderende lasingseffekt blev testet ved hjælp af en række parametre for at sikre, at konverteringsdetaljerne blev registreret. Testen afslørede, at blanding af kvælstof med argon skabte den ønskede respons, mens andre blandinger ikke producerede nogen tovejs laserlyspuls. En nærmere undersøgelse viste, at 3-foton absorption af 261 nm fotoner af Ar-atomer specifikt skaber udsendelse af kaskaderet superfluorescens. Denne opdagelse var en stor opdagelse, da det tidligere var ukendt, at en fotonmedieret mekanisme, der overfører energi fra N2 til Ar, var en mulighed.

De næste skridt begyndte med frekvenstestning. Forskerne skiftede gennem forskellige frekvenser, indtil de bemærkede, at kvælstofmolekyler udviser ikke-lineær 3-foton absorption i en elektronisk exciteret tilstand, når de udsættes for 261 nm til Argon, der resonerer ved en lidt anden frekvens. Disse data blev derefter indsamlet for at blive brugt til at skabe nye formler til at modellere fremtidige eksperimenter.

Resultater

Undersøgelsen viser nogle lovende resultater, der kan ryste laserfællesskabet. For det første producerede teamet med succes tovejs kaskaderende varige effekter i atmosfærisk luft. Specifikt var ingeniørerne i stand til at skabe to farvede, tovejs lasere via en open-air kaviterfri opsætning.
Forskningen kaster også lys over nogle uventede opdagelser. For det første bemærkede teamet, at mængden af ilt, der blev brugt under blandingen, påvirkede interaktionen mellem argon- og kvælstofmolekylerne. Deres forskning viser, at en 1% O2-blanding er ideel til kaviterfri, tovejs og laserlignende udsendelse.

Fordele ved Open-Air Lasere

Teknologien bringer flere fordele til markedet. For det første muliggør den fremstilling af lasere med færre mekaniske dele. Open-air lasere vil kræve mindre teknisk arbejde og produktion. Disse lavere omkostninger vil resultere i flere anvendelsesmuligheder.

Stabilitet

Brugen af spejle i nutidens lasere er en af deres største svagheder. Disse små enheder skal kalibreres perfekt og justeres for at skabe den lysstråle, du forventer. enhver lille afvigelse fra enhedens oprindelige kalibrering kan gøre enheden ubrugelig. Efterhånden som brugen af lasere udvides til store kommercielle og militære anvendelser, er der en stor efterspørgsel efter lasere med færre bevægelige komponenter. Kvælstof-Argon lasere er en smart løsning.

Let Vægt

Brug af letvægts Argon og Kvælstof vil hjælpe med at reducere den samlede vægt af lasere fremover. Lasere er allerede i brug på mange mikroskopiske enheder. De er dog begrænset i driftsomfanget baseret på producentens evne til at formindske kernekomponenterne. Et Argon-baseret system vil kræve meget mindre plads og veje mindre. Som sådan kan de hjælpe med at drive næste generations rumrejser, nanoteknologi og meget mere.

Potentielle Anvendelsesområder

Der er mange anvendelser for denne nye type laserlys. Fra overvågning og scanning via LiDAR-systemer til målretning af kræftceller, er verden klar til mere præcise og tilgængelige lasere. Her er nogle potentielle anvendelsestilfælde for disse Argon-drevne enheder.

Fjernmålings Teknologier

Det primære anvendelsestilfælde for bagudgående open-air laserteknologi er at forbedre fjernmåling. Disse enheder kan gøre det muligt at opdage de svageste lyspartikler, når de interagerer med kvælstof- og argonblandingen. Som følge heraf kan de hjælpe med at skabe mere følsomme solpaneler, sikkerhedsudstyr og mere.

Sundhedspleje

Lasere fortsætter med at blive brugt inden for medicin, fra kirurgiske værktøjer til hjerne-scanninger; disse enheder ændrer den måde, menneskeheden helbreder sygdomme og lidelser på. Brug af mindre og mindre komplicerede laserenheder drevet af Argon-Kvælstof blandinger kan åbne døren for nanobot-behandlinger og andre medicinske muligheder, som i dag ville virke som science fiction.

Militær Anvendelse

Militæret har eksperimenteret mere med lasere i løbet af det sidste årti. De ser disse enheder som et omkostningseffektivt alternativ til at affyre dyre styrede missiler på mål. Deres bekymringer er kun vokset, efterhånden som brugen af små og billige droner har efterladt de fleste store militærstyrker i en jagt på omkostningsmæssigt sammenlignelige luftforsvarsalternativer i stedet for dyre missilsystemer.
Denne forskning kan bruges til at skabe mere effektive og kraftfulde lasere, der kræver mindre energi at anvende. I fremtiden kan disse enheder hjælpe med at beskytte soldater og civile mod drone- og styrede missilangreb. De kan også advare om indkommende fare, så folk får mere tid til at søge ly sammen med deres kære.

Forskere

Kvælstof-Argon Open-Air Laserundersøgelsen blev udført af et team af forskere ved University of California Los Angeles (UCLA) og Max Born Institute. Hovedforfatteren af artiklen er Zan Nie. Han fik hjælp fra hold ledet af Chan Joshi og Misha Ivanov, som også var medforfattere til artiklen.

To Virksomheder der kan drage fordel af Open-Air Laserforskning

Mange virksomheder er afhængige af lasere for at levere deres tjenester til markedet. Lasere bruges næsten overalt, fra at åbne automatiske døre til at scanne dagligvarer. Det er let at glemme, hvor meget verden er afhængig af denne teknologi. Her er nogle få virksomheder, der har en fremtrædende position på markedet og som i fremtiden kunne integrere denne teknologi for at forbedre deres bundlinje.

1. Heico Corporation

HEI Prisdiagram

Heico Corporation (HEI ) (HEI-A ) er en Florida-baseret fremstillingsvirksomhed inden for rumfartsteknologi, der har potentiale til at integrere denne teknologiske opdagelse med stor effekt. Virksomheden tilbyder produkter i en række sektorer, herunder medicin, telekommunikation, rumfart, forsvar, rum og elektronik. Som sådan er dette en velkendt operation, der har vist sig at være en robust “hold” for handlende.

Heico Corporation driver en enorm produktionsfacilitet i Florida, der omfatter design, fremstilling, reparation, distribution og salg af sine forskellige produkter på tværs af industrier. Firmaet har løbende udvidet sig efter at have erhvervet Aerial Delivery and Descent Devices divisionerne fra Capewell Aerial Systems. Dette træk indskrev Heico Corporation som en stor spiller på rumfartsmarkedet.

Mange handlende tror på, at Heico Corporation vil flyve højt, herunder Berkshire Hathaway (BRK.A ) (BRK-B ), Warren Buffetts investeringsfond. Bemærkelsesværdigt har HEI en markedsværdi på omkring 14 milliarder dollars, som forventes at stige i takt med efterspørgslen efter deres produkter.

2. Laser Photonics Corporation

LASE Prisdiagram

Laser Photonics Corporation (LASE ) har hovedkontor i Florida og er anerkendt som en innovativ kraftcenter inden for laserteknologi. Virksomheden tilbyder et udvalg af laserbaserede produkter til markedet, herunder laserskæringssystemer, forsvarsplatforme, sikkerhedsovervågningskomponenter og professionelle laser-skæreværktøjer. Laser Photonics er ofte opført blandt Fortune 500’s førende teknologivirksomheder og har været i drift i over 30 år. Virksomheden har indgået flere strategiske partnerskaber undervejs, herunder et samarbejde med Fastenal Company (FAST ) for at levere laserprodukter til markedet.
Den nyeste open-air lasermekanisme kunne gavne Laser Photonics Corp i de kommende måneder. Virksomheden kan opleve mere effektive fremstillingsprocesser ved at fjerne den tidskrævende proces med at kalibrere laserkaviter for enheder. Firmaets engagement i succes og konstant innovation gør LASE til en klog tilføjelse til enhver portefølje.

Open-Air Lasere er kun begyndelsen

Undersøgelsen afslører en ny mekanisme for at konvertere energi via Argon og Kvælstof, samtidig med at den åbner døren for andre banebrydende teknologier, såsom kvante-beating. Som sådan mener mange, at dette team fortjener langt mere anerkendelse for deres arbejde. For nu er denne innovative gruppe af ingeniører klar til at udvide deres testning for at opdage endnu flere detaljer om den strålingskoblingsproces, der driver disse interaktioner.
Lær om andre seje projekter nu på dansk.