Láseres de Aire Libre Posibles mediante la Conversión de Energía entre Nitrógeno y Argón

Un equipo de investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) y del Instituto Max Born publicó un estudio que demuestra el uso de nitrógeno y argón para generar luz láser. El estudio se basa en décadas de investigación sobre láseres al aire libre, que algún día podrían ayudar a mejorar los sensores, la robótica y mucho más. Esto es lo que debe saber.

Tecnología láser

Durante décadas, los láseres han funcionado principalmente enviando un haz de luz a través de una cavidad óptica entre dos espejos. Estos se construyen y orientan para que la luz rebote de uno a otro. Ese movimiento amplifica la intensidad de la luz y crea el haz concentrado que vemos.

Láseres de Aire Abierto

Desde los inicios de la investigación sobre láseres, algunos ingenieros han intentado generar luz láser sin cavidades de amplificación ni espejos. Dentro de este campo, un grupo busca crear láseres al aire libre. Estos dispositivos aprovechan las interacciones entre partículas excitadas por una luz intensa para generar luz láser. Hasta hace poco, este concepto científico no era posible. Sin embargo, la publicación de este estudio reciente parece haber cambiado la situación.

Estudio del Láser de Aire Abierto de Nitrógeno y Argón

El estudio aborda el uso de mezclas de nitrógeno y argón para inducir emisión láser sin cavidad en el aire atmosférico. El estudio, publicado en Physical Review Letters, presenta el concepto y un modelo funcional que logró una transferencia de energía mediada por fotones entre N₂ y Ar, dando lugar a una respuesta de superfluorescencia.

El equipo examinó numerosos conceptos, ya que el aire ambiente contiene distintos componentes capaces de generar una respuesta de superfluorescencia. Para comprobar que el argón y el nitrógeno eran los componentes activos, necesitó observar su acoplamiento en un entorno con condiciones estables de oxígeno. Las pruebas arrojaron resultados interesantes, entre ellos efectos láser bidireccionales, que abrieron la puerta a nuevos experimentos científicos.

Láseres de Aire Abierto – Pruebas

Las pruebas comenzaron con un láser de bombeo de 261 nm para excitar los gases. El objetivo era comprender mejor por qué la mezcla de argón experimenta una reducción de la tasa de ionización. Esta prueba llevó a los ingenieros a centrarse en la absorción resonante de tres fotones de 261 nm en Ar. Así descubrieron una correlación directa con el efecto láser bidireccional.

Este efecto láser bidireccional en cascada se probó con diversos parámetros para garantizar que se registraran los detalles de la conversión. La prueba reveló que mezclar nitrógeno con argón generaba la respuesta deseada, mientras que otras mezclas no producían ningún pulso de luz láser bidireccional. Un análisis más detallado reveló que la absorción de tres fotones de 261 nm por los átomos de Ar genera específicamente una emisión de superfluorescencia en cascada. Esto supuso un descubrimiento importante, ya que antes se desconocía que pudiera existir un mecanismo mediado por fotones capaz de transferir energía del N2 al Ar.

El siguiente paso consistió en realizar pruebas de frecuencia. Los investigadores probaron distintas frecuencias hasta observar que las moléculas de nitrógeno presentan una absorción no lineal de tres fotones en un estado electrónicamente excitado al exponerse a luz de 261 nm en presencia de argón que resuena a una frecuencia ligeramente distinta. Recopilaron estos datos para elaborar nuevas fórmulas con las que modelar experimentos futuros.

Resultados

El estudio presenta resultados prometedores que podrían transformar el campo de los láseres. El equipo logró producir efectos láser bidireccionales en cascada en el aire atmosférico. En concreto, los ingenieros generaron emisiones láser bidireccionales de dos colores mediante una configuración al aire libre y sin cavidad.

La investigación también revela hallazgos inesperados. El equipo observó que la cantidad de oxígeno de la mezcla afectaba a la interacción entre las moléculas de argón y nitrógeno. Sus resultados muestran que una mezcla con un 1% de O2 es ideal para una emisión de tipo láser bidireccional y sin cavidad.

Beneficios de los Láseres de Aire Abierto

Esta tecnología aporta varias ventajas al mercado. Permite crear láseres con menos piezas mecánicas. Los láseres al aire libre requerirán menos recursos técnicos y de fabricación. La reducción de costes favorecerá más aplicaciones.

Estabilidad

Los espejos son uno de los puntos débiles de los láseres actuales. Estos pequeños componentes deben estar perfectamente calibrados y alineados para crear el haz de luz esperado. Una desviación mínima respecto de la calibración original puede inutilizar el dispositivo. A medida que los láseres se extienden a aplicaciones comerciales y militares de gran escala, crece la demanda de diseños con menos componentes móviles. Los láseres de nitrógeno y argón ofrecen una solución inteligente.

Peso Ligero

El uso de argón y nitrógeno, de bajo peso, ayudará a reducir el peso total de los láseres futuros. Los láseres ya se utilizan en muchos dispositivos microscópicos, pero su escala de funcionamiento depende de la capacidad de los fabricantes para reducir los componentes principales. Un sistema basado en argón ocuparía mucho menos espacio y pesaría menos. Por ello, podría impulsar la próxima generación de viajes espaciales, la nanotecnología y otras aplicaciones.

Aplicaciones Potenciales

Este nuevo tipo de luz láser tiene muchas aplicaciones. Desde la vigilancia y el escaneo mediante sistemas LiDAR hasta la localización de células cancerosas, el mundo está preparado para láseres más precisos y accesibles. Estos son algunos usos potenciales de los dispositivos basados en argón.

Tecnologías de teledetección

El principal uso de la emisión láser al aire libre en sentido inverso es mejorar la teledetección. Estos dispositivos podrían detectar partículas de luz extremadamente débiles al interactuar con la mezcla de nitrógeno y argón. Por tanto, podrían contribuir a crear paneles solares más sensibles, equipos de seguridad y otros productos.

Cuidado de la Salud

Los láseres siguen encontrando aplicaciones médicas, desde herramientas quirúrgicas hasta exploraciones cerebrales, y están cambiando la forma de tratar enfermedades y dolencias. Los dispositivos láser más pequeños y sencillos basados en mezclas de argón y nitrógeno podrían abrir la puerta a tratamientos con nanorrobots y otras opciones médicas que hoy parecerían ciencia ficción.

Uso Militar

Los militares han intensificado la experimentación con láseres durante la última década. Los consideran una alternativa económica al lanzamiento de costosos misiles guiados contra objetivos. Su preocupación ha aumentado porque los drones pequeños y baratos han obligado a la mayoría de las grandes fuerzas armadas a buscar alternativas de defensa aérea con costes comparables, en lugar de recurrir a caros sistemas de misiles.

Esta investigación podría servir para crear láseres más eficaces y potentes que consuman menos energía. En el futuro, podrían proteger a soldados y civiles de ataques con drones y misiles guiados. También podrían advertir de peligros inminentes y dar a las personas más tiempo para refugiarse con sus seres queridos.

Investigadores

El estudio sobre láseres al aire libre de nitrógeno y argón fue realizado por investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) y del Instituto Max Born. El autor principal es Zan Nie, que contó con la ayuda de equipos dirigidos por Chan Joshi y Misha Ivanov, también coautores del artículo.

Dos Empresas que Pueden Beneficiarse de la Investigación de Láseres de Aire Abierto

Muchas empresas dependen de los láseres para prestar sus servicios. Se utilizan prácticamente en todas partes, desde puertas automáticas hasta el escaneo de productos de supermercado. Es fácil olvidar cuánto depende el mundo de esta tecnología. Estas empresas tienen una posición destacada en el mercado y podrían integrarla en el futuro para mejorar sus resultados.

1. Heico Corporation

HEI Gráfico de precios

Heico Corporation (HEI ) (HEI-A ) es un fabricante de tecnología aeroespacial con sede en Florida que podría aprovechar ampliamente este descubrimiento. Ofrece productos para los sectores médico, de telecomunicaciones, aeroespacial, de defensa, espacial y electrónico. Es una empresa reconocida que ha demostrado ser una opción resistente con recomendación de «mantener» para los inversores.

Heico Corporation opera una enorme planta de fabricación en Florida que abarca el diseño, la fabricación, la reparación, la distribución y la venta de sus diversos productos para distintos sectores. La empresa ha seguido expandiéndose tras adquirir las divisiones Aerial Delivery y Descent Devices de Capewell Aerial Systems. Esta operación consolidó a Heico Corporation como un actor importante en los mercados aeroespaciales.

Muchos inversores creen que Heico Corporation tiene buenas perspectivas, entre ellos Berkshire Hathaway (BRK.A ) (BRK-B ), el vehículo de inversión de Warren Buffett. HEI tiene una capitalización bursátil de unos 14.000 millones de dólares, que se espera que aumente con la demanda de sus productos.

2. Laser Photonics Corporation

LASE Gráfico de precios

Laser Photonics Corporation (LASE ) tiene su sede en Florida y es reconocida como una empresa innovadora en tecnología láser. Ofrece sistemas de limpieza láser, plataformas de defensa, componentes de vigilancia de seguridad y herramientas profesionales de corte láser. Laser Photonics suele figurar entre las principales empresas tecnológicas de Fortune 500 y lleva más de 30 años en actividad. Ha establecido alianzas estratégicas, incluida una colaboración con Fastenal Company (FAST ) para comercializar productos láser.

El nuevo mecanismo de láser al aire libre podría beneficiar a Laser Photonics Corp en los próximos meses. La empresa podría hacer más eficientes sus procedimientos de fabricación al eliminar la laboriosa calibración de las cavidades láser de los dispositivos. Su compromiso con el éxito y la innovación constante hacen de LASE una incorporación razonable a una cartera.

Los Láseres de Aire Abierto son Solo el Comienzo

Este estudio revela un nuevo mecanismo de conversión de energía mediante argón y nitrógeno, y abre la puerta a otras tecnologías transformadoras, como los batidos cuánticos. Por ello, muchos consideran que el equipo merece mayor reconocimiento por su trabajo. Por ahora, este innovador grupo de ingenieros está preparado para ampliar las pruebas y descubrir más detalles sobre el proceso de acoplamiento radiativo que impulsa estas interacciones.

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