Offenluftlaser durch Umwandlung von Energie zwischen Stickstoff und Argon möglich

Ein Forscherteam der University of California Los Angeles (UCLA) und des Max-Born-Instituts veröffentlichte eine Studie, die die Nutzung von Stickstoff und Argon zur Erzeugung von Laserlicht demonstriert. Die Studie baut auf jahrzehntelanger Forschung im Bereich der Entwicklung von Offenluftlasern auf, die eines Tages dazu beitragen könnten, Sensoren, Robotik und vieles mehr zu verbessern. Hier ist, was Sie wissen müssen.

Lasertechnik

Seit Jahrzehnten funktionierte ein Laser hauptsächlich, indem ein Lichtstrahl durch einen optischen Resonator zu einem Paar Spiegel geschossen wurde. Diese Spiegel sind so konstruiert und ausgerichtet, dass das Licht zwischen den Geräten hin und her reflektiert wird. Diese Reflexion verstärkt die Intensität des Lichts und erzeugt den fokussierten Strahl, den Sie sehen.

Offenluftlaser

Seit Beginn der Lasertechnologie versuchen Ingenieure, Laserlicht ohne Verstärkungsresonatoren und Spiegel zu erzeugen. In diesem Forschungsbereich gibt es ein Untersegment von Ingenieuren, die Offenluftlaser entwickeln wollen. Diese Geräte nutzen Wechselwirkungen zwischen Teilchen, die durch intensives Licht angeregt werden, um Laserlicht zu erzeugen. Bis vor kurzem war dieses wissenschaftliche Konzept nicht möglich. Es scheint jedoch, dass sich die Lage nach der Veröffentlichung dieser jüngsten Studie geändert hat.

Studie zu offenluftlasern mit Stickstoff und Argon

Die Studie befasst sich mit der Verwendung von Stickstoff‑ und Argon‑Mischungen, um eine resonatorfreie Lasererzeugung in der Atmosphäre zu induzieren. Die Studie, veröffentlicht in Physical Review Letters, führt das Konzept und ein funktionierendes Modell ein, das einen photonvermittelten Energietransfer zwischen N₂ und Ar ermöglicht und eine Superfluoreszenz‑Reaktion erzeugt.

Die Forschung des Teams untersucht viele verschiedene Konzepte, da die Umgebungsluft unterschiedliche Komponenten enthält, die eine superfluoreszente Reaktion hervorrufen könnten. Um zu überprüfen, dass Argon und Stickstoff die aktiven Komponenten der Reaktion waren, musste das Team die Kopplung der beiden in einer sauerstoffstabilen Umgebung überwachen. Die Tests zeigten interessante Ergebnisse, darunter bidirektionale Lasereffekte, die die Tür für eine Vielzahl neuer wissenschaftlicher Experimente öffneten.

Offenluftlaser – Tests

Die Tests begannen damit, dass Ingenieure einen 261‑nm‑Pumpenlaser einsetzten, um die Gase zu excitieren. Ziel war es, ein tieferes Verständnis dafür zu erlangen, warum die Argon‑Mischung eine Verringerung der Ionisationsrate erfährt. Dieser Test führte die Ingenieure dazu, sich auf die 3‑Photon‑Resonanzabsorption von 261‑nm‑Photonen in Ar zu konzentrieren. Dort entdeckten sie eine direkte Korrelation mit dem bidirektionalen Lasereffekt.

Dieser bidirektionale kaskadierende Lasereffekt wurde mit einer Vielzahl von Parametern getestet, um sicherzustellen, dass die Details der Umwandlung aufgezeichnet wurden. Der Test zeigte, dass das Mischen von Stickstoff mit Argon die gewünschte Reaktion erzeugte, während andere Mischungen keinen bidirektionalen Laserpuls erzeugten. Eine genauere Betrachtung ergab, dass die 3‑Photon‑Absorption von 261‑nm‑Photonen durch Ar‑Atome speziell eine Emission von kaskadierter Superfluoreszenz erzeugt. Diese Erkenntnis war eine bedeutende Entdeckung, da zuvor nicht bekannt war, dass ein photonvermittelter Mechanismus, der Energie von N2 zu Ar überträgt, möglich ist.

Die nächsten Schritte begannen mit Frequenztests. Die Forscher wechselten durch verschiedene Frequenzen, bis sie bemerkten, dass Stickstoffmoleküle bei einer nichtlinearen 3‑Photon‑Absorption in einem elektronisch angeregten Zustand auftreten, wenn sie 261 nm lang Argon ausgesetzt sind, das bei einer leicht anderen Frequenz resoniert. Diese Daten wurden dann gesammelt, um neue Formeln zur Modellierung zukünftiger Experimente zu erstellen.

Ergebnisse

Die Studie zeigt vielversprechende Ergebnisse, die die Lasergemeinschaft revolutionieren könnten. Zum einen hat das Team erfolgreich bidirektionale, kaskadierende, anhaltende Effekte in der Atmosphäre erzeugt. Konkret konnten die Ingenieure zwei farbige, bidirektionale Laservorgänge mittels eines offenluft‑resonatorfreien Aufbaus erzeugen.
Die Forschung wirft auch Licht auf einige unerwartete Entdeckungen. So bemerkte das Team, dass die Menge an verwendetem Sauerstoff während der Mischung die Wechselwirkung zwischen Argon‑ und Stickstoffmolekülen beeinflusst. Ihre Forschung zeigt, dass eine 1 %‑O₂‑Mischung ideal für resonatorfreie, bidirektionale und laserähnliche Emission ist.

Vorteile von offenluftlasern

Diese Technologie bringt mehrere Vorteile auf den Markt. Erstens ermöglicht sie die Herstellung von Lasern mit weniger mechanischen Teilen. Offenluftlaser benötigen weniger technische und Fertigungsaufwände. Diese geringeren Kosten führen zu mehr Anwendungsmöglichkeiten.

Stabilität

Der Einsatz von Spiegeln in heutigen Lasern ist einer ihrer größten Schwachpunkte. Diese winzigen Bauteile müssen perfekt kalibriert und ausgerichtet werden, um den gewünschten Lichtstrahl zu erzeugen. Jede kleine Abweichung von der ursprünglichen Kalibrierung kann das Gerät unbrauchbar machen. Da die Nutzung von Lasern in großen kommerziellen und militärischen Anwendungen weiter zunimmt, besteht eine starke Nachfrage nach Lasern mit weniger beweglichen Komponenten. Stickstoff‑Argon‑Laser sind eine intelligente Lösung.

Leichtgewicht

Die Verwendung von leichtem Argon und Stickstoff hilft, das Gesamtgewicht von Lasern künftig zu reduzieren. Laser werden bereits in vielen mikroskopischen Geräten eingesetzt. Sie sind jedoch in ihrer Skalierbarkeit durch die Möglichkeiten der Hersteller, die Kernkomponenten zu verkleinern, begrenzt. Ein argonbasiertes System würde deutlich weniger Platz benötigen und leichter sein. Dadurch könnten sie die nächste Generation von Raumfahrt, Nanotechnologie und vielem mehr antreiben.

Mögliche Anwendungsbereiche

Es gibt zahlreiche Anwendungen für diese neue Art von Laserlicht. Von der Überwachung und dem Scannen mittels LiDAR-Systemen bis hin zur zielgerichteten Bekämpfung von Krebszellen – die Welt ist bereit für präzisere und zugänglichere Laser. Hier sind einige potenzielle Anwendungsfälle für diese argon‑basierten Geräte.

Fernerkundungstechnologien

Der Hauptanwendungsfall für rückwärtsgerichtete Offenluftlasertechnologie besteht darin, die Fernerkundung zu verbessern. Diese Geräte könnten es ermöglichen, die schwächsten Lichtpartikel zu detektieren, wenn sie mit der Stickstoff‑ und Argon‑Mischung interagieren. Folglich könnten sie zu empfindlicheren Solarpanelen, Sicherheitsausrüstungen und mehr beitragen.

Gesundheitswesen

Laser finden weiterhin Anwendung im medizinischen Bereich, von chirurgischen Werkzeugen bis hin zu Gehirnscans. Diese Geräte verändern die Art und Weise, wie die Menschheit Krankheiten und Leiden heilt. Der Einsatz kleinerer und weniger komplizierter Laservorrichtungen, die von Argon‑Stickstoff‑Mischungen angetrieben werden, könnte den Weg für Nanoboter‑Behandlungen und andere medizinische Optionen öffnen, die heute noch wie Science‑Fiction wirken.

Militärische Nutzung

Das Militär experimentiert seit über einem Jahrzehnt vermehrt mit Lasern. Sie sehen diese Geräte als kostengünstige Alternative zu teuren gelenkten Raketen. Ihre Bedenken haben zugenommen, da der Einsatz kleiner und preiswerter Drohnen die meisten großen Militärs dazu zwingt, kostengünstige Luftverteidigungsalternativen zu finden, die mit teuren Raketensystemen konkurrieren können.
Diese Forschung könnte genutzt werden, um effektivere und leistungsstärkere Laser zu entwickeln, die weniger Energie verbrauchen. In Zukunft könnten diese Geräte Soldaten und Zivilisten vor Drohnen- und gelenkten Raketenangriffen schützen. Sie könnten auch vor ankommender Gefahr warnen und den Menschen mehr Zeit geben, Schutz zu suchen und ihre Lieben zu erreichen.

Forscher

Die Studie zu offenluftlasern mit Stickstoff und Argon wurde von einem Forscherteam der University of California Los Angeles (UCLA) und des Max‑Born‑Instituts durchgeführt. Der Hauptautor des Papiers ist Zan Nie. Er erhielt Unterstützung von Teams unter der Leitung von Chan Joshi und Misha Ivanov, die ebenfalls Co‑Autoren des Papiers sind.

Zwei Unternehmen, die von der Forschung zu offenluftlasern profitieren können

Viele Unternehmen verlassen sich auf Laser, um ihre Dienstleistungen auf dem Markt anzubieten. Laser werden fast überall eingesetzt, vom automatischen Türöffner bis zum Scannen von Lebensmitteln. Es ist leicht zu vergessen, wie stark die Welt von dieser Technologie abhängt. Hier sind einige Unternehmen, die eine prominente Marktposition innehaben und diese Technologie in Zukunft integrieren könnten, um ihre Gewinnspannen zu verbessern.

1. Heico Corporation

(HEI )

Heico Corporation ist ein in Florida ansässiges Unternehmen für Luft‑ und Raumfahrttechnologie, das das Potenzial hat, diese technologische Entdeckung mit großer Wirkung zu integrieren. Das Unternehmen bietet Produkte in verschiedenen Sektoren an, darunter Medizin, Telekommunikation, Luft‑ und Raumfahrt, Verteidigung, Weltraum und Elektronik. Damit ist es ein weithin anerkanntes Unternehmen, das sich als widerstandsfähiger „Hold“ für Händler erwiesen hat.

Heico Corporation betreibt in Florida eine riesige Fertigungsanlage, die Design, Herstellung, Reparatur, Vertrieb und Verkauf seiner verschiedenen Produkte über Branchen hinweg umfasst. Das Unternehmen hat sich kontinuierlich erweitert, nachdem es die Geschäftsbereiche Aerial Delivery und Descent Devices von Capewell Aerial Systems übernommen hat. Dieser Schritt etablierte Heico Corporation als wichtigen Akteur in den Luft‑ und Raumfahrtmärkten.

Viele Händler glauben, dass Heico Corporation stark wachsen wird, darunter auch Berkshire Hathaway, der Investmentfonds von Warren Buffett. Bemerkenswert ist, dass HEI eine Marktkapitalisierung von etwa 14 Mrd. $ hat, die voraussichtlich steigen wird, da die Nachfrage nach ihren Produkten zunimmt.

2. Laser Photonics Corporation

(LASE )

Laser Photonics Corporation hat ihren Sitz in Florida und gilt als innovatives Kraftwerk in der Lasertechnologie. Das Unternehmen bietet dem Markt eine Auswahl an laserbasierten Produkten, darunter Lasierreinigungssysteme, Verteidigungsplattformen, Sicherheitsüberwachungskomponenten und professionelle Laserschneidwerkzeuge. Laser Photonics wird häufig zu den Fortune‑500‑Technologiefirmen gezählt und ist seit über 30 Jahren tätig. Das Unternehmen hat im Laufe der Zeit einige strategische Partnerschaften geschlossen, darunter eine Zusammenarbeit mit Fastenal Company, um Laserprodukte auf den Markt zu bringen.
Der neueste offenluftlaser‑Mechanismus könnte Laser Photonics Corp in den kommenden Monaten zugutekommen. Das Unternehmen könnte effektivere Fertigungsverfahren sehen, indem der zeitaufwändige Prozess der Kalibrierung von Laserkavitäten für Geräte entfällt. Das Engagement des Unternehmens für Erfolg und ständige Innovation macht LASE zu einer klugen Ergänzung jedes Portfolios.

Offenluftlaser sind erst der Anfang

Diese Studie enthüllt einen neuen Mechanismus zur Energieumwandlung mittels Argon und Stickstoff und öffnet die Tür für weitere bahnbrechende Technologien, wie zum Beispiel Quanten‑Beating. Daher glauben viele, dass dieses Team viel mehr Anerkennung für seine Arbeit verdient. Für den Moment ist diese innovative Gruppe von Ingenieuren bereit, ihre Tests zu erweitern, um noch mehr Details über den strahlungsinduzierten Kopplungsprozess, der diese Interaktionen antreibt, zu entdecken.
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