Open-Air-Laser durch Umwandlung von Energie zwischen Stickstoff und Argon möglich

Ein Forscherteam der University of California Los Angeles (UCLA) und des Max-Born-Instituts hat eine Studie veröffentlicht, die die Verwendung von Stickstoff und Argon zur Erzeugung von Laserlicht demonstriert. Die Studie baut auf jahrzehntelanger Forschung auf dem Gebiet der Erzeugung von Freiluftlasern auf, die eines Tages zur Verbesserung von Sensoren, Robotik und vielem mehr beitragen könnten. Hier ist, was Sie wissen müssen.

Lasertechnik

Jahrzehntelang wurden Laser in erster Linie dadurch betrieben, dass ein Lichtstrahl durch einen optischen Hohlraum auf ein Spiegelpaar geschossen wurde. Diese Spiegel sind so konstruiert und angewinkelt, dass das Licht zwischen den Geräten hin- und hergesprungen werden kann. Dadurch wird die Intensität des Lichts verstärkt, und es entsteht der gebündelte Strahl, den Sie sehen.

Open-Air-Laser

Seit den Anfängen der Laserforschung gibt es Ingenieure, die versuchen, Laserlicht ohne den Einsatz von Verstärkungshohlräumen und Spiegeln zu erzeugen. Innerhalb dieser Forschung gibt es eine Untergruppe von Ingenieuren, die versuchen, Freiluftlaser zu erzeugen. Diese Geräte nutzen die Wechselwirkung zwischen Teilchen, die durch intensives Licht angeregt werden, um Laserlicht zu erzeugen. Bis vor kurzem war dieses wissenschaftliche Konzept noch nicht möglich. Nach der Veröffentlichung dieser jüngsten Studie scheint sich das Blatt jedoch gewendet zu haben.

Stickstoff-Argon-Open-Air-Laser-Studie

Die Studie befasst sich mit der Verwendung von Stickstoff- und Argon-Gemischen zur Induktion von hohlraumfreiem Laserlicht in atmosphärischer Luft. Die Studiedie in Physical Review Letters veröffentlicht wurde, stellt das Konzept und ein Arbeitsmodell vor, das eine durch Photonen vermittelte Energieübertragung zwischen N₂ und Ar, was zu einer Superfluoreszenzreaktion führt.

Das Team untersucht viele verschiedene Konzepte, da die Umgebungsluft verschiedene Komponenten enthält, die eine superfluoreszierende Reaktion hervorrufen könnten. Um zu überprüfen, ob Argon und Stickstoff die aktiven Komponenten für die Reaktion sind, musste das Team die Kopplung der beiden in einer sauerstoffstabilen Umgebung überwachen. Die Tests ergaben einige interessante Ergebnisse, darunter bidirektionale Lasereffekte, die den Weg für eine Vielzahl neuer wissenschaftlicher Experimente ebnen.

Open-Air-Laser - Prüfung

Zu Beginn der Tests verwendeten die Ingenieure einen 261-nm-Pumplaser, um die Gase anzuregen. Ziel war es, ein tieferes Verständnis dafür zu erlangen, warum das Argongemisch eine Verringerung der Ionisierungsrate erfährt. Dieser Test führte dazu, dass sich die Ingenieure auf die 3-Photonen-Resonanzabsorption von 261-nm-Photonen in Ar konzentrierten. Hier entdeckten sie eine direkte Korrelation mit dem bidirektionalen Lasereffekt.

Dieser bidirektionale, kaskadierende Lasereffekt wurde mit verschiedenen Parametern getestet, um sicherzustellen, dass die Details der Umwandlung erfasst wurden. Der Test ergab, dass das Mischen von Stickstoff mit Argon die gewünschte Reaktion hervorrief, während andere Mischungen keinen bidirektionalen Laserlichtimpuls erzeugten. Beim Heranzoomen zeigte sich, dass die 3-Photonen-Absorption von 261-nm-Photonen durch Ar-Atome speziell die Emission von kaskadierter Superfluoreszenz erzeugt. Dies war eine wichtige Entdeckung, da bisher nicht bekannt war, dass ein durch Photonen vermittelter Mechanismus, der Energie von N2 auf Ar überträgt, möglich ist.

Die nächsten Schritte begannen mit Frequenztests. Die Forscher durchliefen verschiedene Frequenzen, bis sie feststellten, dass Stickstoffmoleküle eine nichtlineare 3-Photonen-Absorption in einem elektronisch angeregten Zustand zeigen, wenn sie 261 nm lang Argon ausgesetzt werden, das bei einer leicht abweichenden Frequenz mitschwingt. Diese Daten wurden dann gesammelt, um neue Formeln für die Modellierung künftiger Experimente zu erstellen.

Ergebnisse

Die Studie zeigt einige vielversprechende Ergebnisse, die die Lasergemeinschaft auf den Kopf stellen könnten. Zum einen gelang es dem Team, bidirektionale kaskadierte nachhaltige Effekte in atmosphärischer Luft zu erzeugen. Insbesondere waren die Ingenieure in der Lage, zwei farbige, bidirektionale Lasereffekte mit einem hohlraumfreien Aufbau unter freiem Himmel zu erzeugen.

Die Forschungsarbeiten brachten auch einige unerwartete Entdeckungen ans Licht. So stellte das Team fest, dass die Menge des in der Mischung verwendeten Sauerstoffs die Wechselwirkung zwischen den Argon- und Stickstoffmolekülen beeinflusst. Ihre Forschung zeigt, dass eine 1% O2-Mischung ideal für hohlraumfreie, bidirektionale und laserähnliche Emission ist.

Open-Air-Laser Vorteile

Diese Technologie bringt mehrere Vorteile für den Markt mit sich. Zum einen ermöglicht sie die Herstellung von Lasern mit weniger mechanischen Teilen. Die Herstellung von Open-Air-Lasern wird weniger Technik- und Fertigungsaufwand erfordern. Diese geringeren Kosten werden zu mehr Anwendungsfällen führen.

Stabilität

Die Verwendung von Spiegeln in den heutigen Lasern ist eine ihrer größten Schwächen. Diese winzigen Geräte müssen perfekt kalibriert und ausgerichtet werden, um den erwarteten Lichtstrahl zu erzeugen. Jede kleine Abweichung von der ursprünglichen Kalibrierung des Geräts kann dazu führen, dass das Gerät unbrauchbar wird. Da der Einsatz von Lasern in großen kommerziellen und militärischen Anwendungen weiter zunimmt, gibt es eine starke Nachfrage nach Lasern mit weniger beweglichen Komponenten. Stickstoff-Argon-Laser sind eine intelligente Lösung.

Leichtes Gewicht

Die Verwendung von leichtem Argon und Stickstoff wird dazu beitragen, das Gesamtgewicht von Lasern in Zukunft zu verringern. Laser werden bereits in vielen mikroskopischen Geräten eingesetzt. Sie sind jedoch in ihrem Funktionsumfang begrenzt, da die Hersteller die Kernkomponenten nicht verkleinern können. Ein System auf Argonbasis würde viel weniger Platz benötigen und weniger wiegen. Als solche könnten sie die Raumfahrt der nächsten Generation, die Nanotechnologie und vieles mehr unterstützen.

Mögliche Verwendung Anwendungen

Es gibt viele Anwendungen für diese neue Art von Laserlicht. Von der Überwachung und dem Scannen mit LiDAR-Systemen bis hin zum Aufspüren von Krebszellen - die Welt ist bereit für genauere und leichter zugängliche Laser. Hier sind einige potenzielle Anwendungsfälle für diese mit Argon betriebenen Geräte.

Technologien der Fernerkundung

Der primäre Anwendungsfall für die rückwärtige Freiluft-Lasertechnologie ist die Verbesserung der Fernerkundung. Diese Geräte könnten es ermöglichen, schwächste Lichtteilchen zu erkennen, wenn sie mit dem Stickstoff-Argon-Gemisch interagieren. Folglich könnten sie dazu beitragen, empfindlichere Sonnenkollektoren, Sicherheitsausrüstungen und vieles mehr herzustellen.

Gesundheitswesen

Laser werden in der Medizin immer häufiger eingesetzt - von chirurgischen Instrumenten bis hin zu Gehirnscans - und sie verändern die Art und Weise, wie die Menschheit Krankheiten und Leiden heilt. Der Einsatz kleinerer und weniger komplizierter Lasergeräte, die mit Argon-Stickstoff-Gemischen betrieben werden, könnte die Tür für Nanobehandlungen und andere medizinische Behandlungsmöglichkeiten öffnen, die heute wie Science-Fiction anmuten würden.

Militärische Verwendung

In den letzten zehn Jahren hat das Militär verstärkt mit Lasern experimentiert. Sie sehen diese Geräte als kostengünstige Alternative zum Abschuss teurer Lenkraketen auf Ziele. Ihre Besorgnis hat sich noch verstärkt, da der Einsatz kleiner und preiswerter Drohnen die meisten großen Militärs dazu veranlasst hat, nach kostengünstigen Alternativen zur Luftverteidigung zu suchen, die mit teuren Raketensystemen vergleichbar sind.

Diese Forschung könnte zur Entwicklung effektiverer und leistungsfähigerer Laser genutzt werden, die weniger Energie benötigen. In Zukunft könnten diese Geräte dazu beitragen, Soldaten und Zivilisten vor Drohnen- und Lenkraketenangriffen zu schützen. Sie könnten auch vor herannahenden Gefahren warnen und den Menschen mehr Zeit geben, sich mit ihren Angehörigen in Sicherheit zu bringen.

Forscher

Die Stickstoff-Argon-Freiluftlaser-Studie wurde von einem Forscherteam der University of California Los Angeles (UCLA) und des Max-Born-Instituts durchgeführt. Der Hauptautor der Studie ist Zan Nie. Unterstützt wurde er von Teams unter der Leitung von Chan Joshi und Misha Ivanov, die auch Mitautoren der Studie sind.

Zwei Unternehmen, die von der Open-Air-Laserforschung profitieren können

Viele Unternehmen setzen Laser ein, um ihre Dienstleistungen auf dem Markt anzubieten. Laser werden fast überall eingesetzt, vom Öffnen automatischer Türen bis zum Scannen von Lebensmitteln. Man vergisst leicht, wie sehr sich die Welt auf diese Technologie verlässt. Hier sind einige Unternehmen, die eine herausragende Stellung auf dem Markt einnehmen und diese Technologie in Zukunft zur Verbesserung ihrer Ergebnisse einsetzen könnten.

1. Heico Gesellschaft

HEICO Gesellschaft (HEI +0.11%)

Die Heico Corporation ist ein in Florida ansässiges Unternehmen der Luft- und Raumfahrttechnik, das das Potenzial hat, diese technologische Entdeckung mit großem Erfolg zu integrieren. Das Unternehmen hat Angebote in einer Vielzahl von Sektoren, einschließlich der Medizin-, Telekommunikations-, Luft- und Raumfahrt-, Verteidigungs-, Raumfahrt- und Elektronikindustrie. Es handelt sich also um ein anerkanntes Unternehmen, das sich für Händler als widerstandsfähige "Halteposition" erwiesen hat.

Die Heico Corporation betreibt eine große Produktionsstätte in Florida, die die Entwicklung, die Herstellung, die Reparatur, den Vertrieb und den Verkauf ihrer verschiedenen Produkte für verschiedene Branchen umfasst. Nach der Übernahme der Abteilungen Aerial Delivery und Descent Devices von Capewell Aerial Systems hat das Unternehmen kontinuierlich expandiert. Durch dieses Manöver wurde die Heico Corporation zu einem wichtigen Akteur auf den Märkten der Luft- und Raumfahrt.

Viele Händler glauben, dass Heico Corporation einen Höhenflug erleben wird, darunter auch Berkshire Hathaway, der Investmentfonds von Warren Buffett. HEI hat eine Marktkapitalisierung von ca. $14B, die mit der steigenden Nachfrage nach ihren Produkten voraussichtlich weiter steigen wird.

2. Laser Photonics Gesellschaft

Laser Photonics Gesellschaft (LASE +1.77%)

Die Laser Photonics Corporation hat ihren Hauptsitz in Florida und ist als innovatives Kraftpaket in der Lasertechnologie anerkannt. Das Unternehmen bietet eine Auswahl an laserbasierten Produkten auf dem Markt an, darunter Laserreinigungssysteme, Verteidigungsplattformen, Komponenten zur Sicherheitsüberwachung und professionelle Laserschneidwerkzeuge. Laser Photonics wird häufig in den Fortune 500 Top-Tech-Firmen aufgeführt und ist seit über 30 Jahren in Betrieb. Das Unternehmen hat im Laufe der Zeit einige strategische Partnerschaften geschlossen, darunter eine Partnerschaft mit Fastenal Company, um Laserprodukte auf den Markt zu bringen.

Der neueste Open-Air-Lasermechanismus könnte Laser Photonics Corp. in den kommenden Monaten zugute kommen. Das Unternehmen könnte durch den Wegfall des zeitaufwändigen Prozesses der Kalibrierung von Laserkavitäten für Geräte effektivere Herstellungsverfahren sehen. Das Engagement des Unternehmens für Erfolg und ständige Innovation macht LASE zu einer sinnvollen Ergänzung für jedes Portfolio.

Open-Air-Laser sind erst der Anfang

Diese Studie enthüllt einen neuen Mechanismus für die Energieumwandlung mittels Argon und Stickstoff und öffnet gleichzeitig die Tür für andere bahnbrechende Technologien, wie z. B. die Quantenbeatmung. Daher sind viele der Meinung, dass dieses Team viel mehr Anerkennung für seine Arbeit verdient. Jetzt ist diese innovative Gruppe von Ingenieuren bereit, ihre Tests auszuweiten, um noch mehr Details über den Strahlungskopplungsprozess zu entdecken, der diesen Wechselwirkungen zugrunde liegt.

Erfahren Sie jetzt mehr über andere coole Projekte