Open-Air-Laser durch Energieumwandlung zwischen Stickstoff und Argon möglich

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

Laser-Tech

Jahrzehntelang funktionierten Laser hauptsächlich, indem 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 hergeworfen werden kann. Diese Rückprallwirkung verstärkt die Intensität des Lichts und erzeugt den fokussierten Strahl, den Sie sehen.

Open-Air-Laser

Seit Beginn der Laserforschung haben Ingenieure versucht, Laserlicht ohne den Einsatz von Verstärkungshohlräumen und Spiegeln zu erzeugen. Innerhalb dieser Forschung gibt es eine Untergruppe von Ingenieuren, die versuchen, Freiluftlaser zu entwickeln. Diese Geräte nutzen Wechselwirkungen zwischen durch intensives Licht angeregten Partikeln, um Laserlicht zu erzeugen. Bis vor kurzem war dieses wissenschaftliche Konzept nicht möglich. Es scheint jedoch, dass sich nach der Veröffentlichung dieser jüngsten Studie das Blatt gewendet hat.

Stickstoff-Argon-Open-Air-Laserstudie

Die Studie spricht über die Verwendung von Stickstoff- und Argongemischen, um in der Atmosphärenluft hohlraumfreies Lasern zu induzieren. Studie, veröffentlicht in Physical Review Letters, stellt das Konzept und ein Arbeitsmodell vor, das eine photonenvermittelte Energieübertragung zwischen N₂ und Ar, was zu einer Superfluoreszenzreaktion führt.

Die Forschung des Teams untersuchte viele verschiedene Konzepte, da Umgebungsluft verschiedene Komponenten enthält, die eine Superfluoreszenzreaktion hervorrufen können. Um zu bestätigen, dass Argon und Stickstoff die aktiven Komponenten der Reaktion waren, musste das Team die Kopplung der beiden Komponenten in einer sauerstoffstabilen Umgebung überwachen. Die Tests lieferten einige interessante Ergebnisse, darunter bidirektionale Lasereffekte, die den Weg für eine Vielzahl neuer wissenschaftlicher Experimente ebneten.

Open-Air-Laser – Test

Die Tests begannen damit, dass die Ingenieure einen 261 nm-Pumplaser zur Anregung der Gase verwendeten. Ziel war es, ein tieferes Verständnis dafür zu erlangen, warum die Ionisierungsrate der Argonmischung abnimmt. Dieser Test führte dazu, dass sich die Ingenieure auf die 3-Photonen-Resonanzabsorption von 261 nm-Photonen in Argon konzentrierten. Dabei entdeckten sie eine direkte Korrelation mit dem bidirektionalen Lasereffekt.

Dieser bidirektionale kaskadierende Lasereffekt wurde anhand verschiedener Parameter getestet, um sicherzustellen, dass die Einzelheiten der Umwandlung aufgezeichnet wurden. Der Test ergab, dass das Mischen von Stickstoff mit Argon die gewünschte Reaktion erzeugte, während andere Mischungen keinen bidirektionalen Laserlichtimpuls erzeugten. Beim Vergrößern wurde deutlich, dass die 3-Photonen-Absorption von 261 nm-Photonen durch Argon-Atome speziell die Emission kaskadierter Superfluoreszenz erzeugt. Diese Enthüllung war eine bedeutende Entdeckung, da zuvor nicht bekannt war, dass ein photonenvermittelter Mechanismus, der Energie von N2 auf Argon überträgt, möglich war.

Die nächsten Schritte begannen mit Frequenztests. Die Forscher wechselten zwischen verschiedenen Frequenzen, bis sie bemerkten, dass Stickstoffmoleküle eine nichtlineare 3-Photonen-Absorption in einem elektronisch angeregten Zustand aufweisen, wenn sie 261 nm lang Argon ausgesetzt werden, das bei einer leicht anderen Frequenz resoniert. Diese Daten wurden dann gesammelt, um neue Formeln für die Modellierung zukünftiger Experimente zu erstellen.

Ergebnisse

Die Studie zeigt einige vielversprechende Ergebnisse, die die Laser-Community auf den Kopf stellen könnten. Zum einen gelang es dem Team, bidirektionale, kaskadierte Dauereffekte in der Atmosphäre zu erzeugen. Insbesondere gelang es den Ingenieuren, zwei farbige, bidirektionale Lasereffekte über einen offenen, hohlraumfreien Aufbau zu erzeugen.

Die Forschung wirft auch einige unerwartete Entdeckungen auf. So stellte das Team beispielsweise fest, dass die während der Mischung verwendete Sauerstoffmenge die Wechselwirkung zwischen den Argon- und Stickstoffmolekülen beeinflusste. Ihre Forschung zeigt, dass eine 1%ige O2-Mischung ideal für eine hohlraumfreie, bidirektionale und laserartige Emission ist.

Vorteile von Open-Air-Lasern

Diese Technologie bringt dem Markt mehrere Vorteile. Zum einen ermöglicht sie die Herstellung von Lasern mit weniger mechanischen Teilen. Die Herstellung von Freiluftlasern erfordert weniger technischen und fertigungstechnischen Aufwand. Diese geringeren Kosten führen zu mehr Anwendungsfällen.

Stabilität

Die Verwendung von Spiegeln in modernen Lasern ist eine ihrer größten Schwächen. Diese winzigen Geräte müssen perfekt kalibriert und ausgerichtet sein, um den gewünschten Lichtstrahl zu erzeugen. Schon kleine Abweichungen von der ursprünglichen Kalibrierung können das Gerät unbrauchbar machen. Da Laser zunehmend in großen kommerziellen und militärischen Anwendungen zum Einsatz kommen, besteht eine starke Nachfrage nach Lasern mit weniger beweglichen Komponenten. Stickstoff-Argon-Laser sind eine intelligente Lösung.

Light Weight

Die Verwendung von leichtem Argon und Stickstoff wird dazu beitragen, das Gesamtgewicht von Lasern in Zukunft zu reduzieren. Laser werden bereits in vielen mikroskopischen Geräten eingesetzt. Ihr Einsatzbereich ist jedoch begrenzt, da die Hersteller die Kernkomponenten nicht verkleinern können. Ein Argon-basiertes System würde deutlich weniger Platz benötigen und weniger wiegen. Damit könnten sie die Raumfahrt der nächsten Generation, Nanotechnologie und vieles mehr vorantreiben.

Mögliche Einsatzmöglichkeiten

Es gibt viele Anwendungsmöglichkeiten für diese neue Art von Laserlicht. Von der Überwachung und dem Scannen über LiDAR-Systeme bis hin zur gezielten Bekämpfung von Krebszellen ist die Welt bereit für präzisere und leichter zugängliche Laser. Hier sind einige mögliche Anwendungsfälle für diese argonbetriebenen Geräte.

Fernerkundungstechnologien

Der Hauptanwendungszweck der Backward Open-Air-Lasertechnologie ist die Verbesserung der Fernerkundung. Diese Geräte könnten es ermöglichen, die schwächsten Lichtpartikel zu erkennen, wenn sie mit dem Stickstoff- und Argongemisch interagieren. Folglich könnten sie dazu beitragen, empfindlichere Solarmodule, Sicherheitsausrüstung und mehr herzustellen.

Gesundheitswesen

Laser werden im medizinischen Bereich weiterhin eingesetzt, von chirurgischen Instrumenten bis hin zu Gehirnscans. Diese Geräte 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 Nanobot-Behandlungen und andere medizinische Behandlungsoptionen öffnen, die heute wie Science-Fiction erscheinen würden.

Militärische Verwendung

Das Militär hat im letzten Jahrzehnt verstärkt mit Lasern experimentiert. Es sieht diese Geräte als kostengünstige Alternative zum Abfeuern teurer Lenkwaffen auf Ziele. Seine Bedenken haben sich nur noch verstärkt, da der Einsatz kleiner und kostengünstiger Drohnen dazu geführt hat, dass die Mehrheit der großen Militärs nach kostengünstigen Alternativen zur Luftabwehr statt teurer Raketensysteme sucht.

Diese Forschung könnte dazu genutzt werden, effektivere und leistungsstärkere Laser zu entwickeln, die weniger Energie verbrauchen. In Zukunft könnten diese Geräte dazu beitragen, Soldaten und Zivilisten vor Drohnen- und Lenkwaffenangriffen zu schützen. Sie könnten auch vor drohender Gefahr warnen und den Menschen so mehr Zeit geben, bei ihren Lieben Schutz zu suchen.

Wissenschaftler:innen

Die Studie zum Stickstoff-Argon-Open-Air-Laser wurde von einem Forscherteam der University of California Los Angeles (UCLA) und des Max Born Institute durchgeführt. Der Hauptautor der Studie ist Zan Nie. Er erhielt Unterstützung von Teams unter der Leitung von Chan Joshi und Misha Ivanov, die ebenfalls Co-Autoren der Studie waren.

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

Viele Unternehmen setzen bei der Bereitstellung ihrer Dienstleistungen auf Laser. Laser kommen nahezu überall zum Einsatz, vom Öffnen automatischer Türen bis zum Scannen von Lebensmitteln. Dabei vergisst man leicht, wie sehr die Welt auf diese Technologie angewiesen ist. Hier sind einige Unternehmen, die eine herausragende Marktposition einnehmen und diese Technologie künftig integrieren könnten, um ihre Gewinne zu steigern.

1. Heico Corporation

HEICO Corporation (HEI + 0.27%)

Heico Corporation ist ein in Florida ansässiges Unternehmen für Luft- und Raumfahrttechnik, das das Potenzial hat, diese technologische Entdeckung mit großem Erfolg zu integrieren. Das Unternehmen bietet Produkte in einer Vielzahl von Branchen an, darunter Medizin, Telekommunikation, Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Raumfahrt und Elektronik. Daher ist dies ein anerkanntes Unternehmen, das sich für Händler als stabile „Halteposition“ erwiesen hat.

Die Heico Corporation betreibt eine riesige Produktionsanlage in Florida, in der sie die Entwicklung, Herstellung, Reparatur, den Vertrieb und Verkauf ihrer verschiedenen Produkte in verschiedenen Branchen betreibt. Das Unternehmen expandierte kontinuierlich, nachdem es die Geschäftsbereiche Aerial Delivery und Descent Devices von Capewell Aerial Systems übernommen hatte. Mit diesem Schritt etablierte sich die Heico Corporation als wichtiger Akteur auf den Luft- und Raumfahrtmärkten.

Viele Händler, darunter auch Berkshire Hathaway, Warren Buffetts Investmentfonds, glauben an einen Höhenflug der Heico Corporation. HEI hat eine Marktkapitalisierung von rund 14 Milliarden US-Dollar, die mit steigender Nachfrage nach seinen Produkten voraussichtlich noch steigen wird.

2. Laser Photonics Corporation

Laser Photonics Corporation (LASE + 1.79%)

Die Laser Photonics Corporation hat ihren Hauptsitz in Florida und gilt als innovatives Kraftpaket in der Lasertechnologie. Das Unternehmen bietet eine Auswahl an laserbasierten Produkten auf dem Markt an, darunter Laserreinigungssysteme, Verteidigungsplattformen, Sicherheitsüberwachungskomponenten und professionelle Laserschneidwerkzeuge. Laser Photonics wird oft in den Fortune 500 Top-Technologieunternehmen aufgeführt und ist seit über 30 Jahren im Geschäft. Das Unternehmen ist im Laufe der Zeit einige strategische Partnerschaften eingegangen, darunter eine Partnerschaft mit der Fastenal Company, um den Markt mit Laserprodukten zu versorgen.

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

Open-Air-Laser sind nur der Anfang

Diese Studie enthüllt einen neuen Mechanismus zur Energieumwandlung über Argon und Stickstoff und öffnet gleichzeitig die Tür für andere bahnbrechende Technologien wie Quantenschlägereien. Daher glauben viele, 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 herauszufinden, der diese Wechselwirkungen antreibt.

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