Des lasers à ciel ouvert possibles grâce à la conversion d'énergie entre l'azote et l'argon

Une équipe de chercheurs de l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA) et de l'Institut Max Born a publié une étude démontrant l'utilisation de l'azote et de l'argon pour créer de la lumière laser. Cette étude s'appuie sur des décennies de recherche dans le domaine de la création de lasers à ciel ouvert, qui pourraient un jour contribuer à améliorer les capteurs, la robotique et bien plus encore. Voici ce que vous devez savoir.

Technologie laser

Pendant des décennies, le principal moyen de fonctionnement des lasers consistait à projeter un faisceau lumineux à travers une cavité optique sur une paire de miroirs. Ces miroirs sont construits et inclinés de manière à permettre à la lumière de rebondir d'un appareil à l'autre. Cette action de rebond amplifie l'intensité de cette lumière, créant ainsi le faisceau focalisé que vous voyez.

Lasers à ciel ouvert

Depuis le début de la recherche sur le laser, des ingénieurs ont cherché à créer de la lumière laser sans utiliser de cavités d'amplification ni de miroirs. Dans le cadre de cette recherche, une sous-section d'ingénieurs cherche à créer des lasers à ciel ouvert. Ces dispositifs utilisent les interactions entre les particules excitées par une lumière intense pour former de la lumière laser. Jusqu'à récemment, ce concept scientifique n'était pas possible. Cependant, il semble que la tendance ait changé suite à la publication de cette étude récente.

Étude sur le laser à ciel ouvert à l'azote et à l'argon

L'étude porte sur l'utilisation de mélanges d'azote et d'argon pour induire un effet laser sans cavité dans l'air atmosphérique. étude, publié dans Physical Review Letters, présente le concept et un modèle de travail qui a réalisé le transfert d'énergie médié par les photons entre N₂ et Ar, ce qui entraîne une réponse de superfluorescence.

Les recherches de l'équipe explorent de nombreux concepts différents, l'air ambiant contenant différents composants susceptibles de provoquer une réponse superfluorescente. Pour vérifier que l'argon et l'azote étaient les composants actifs de cette réponse, l'équipe a dû surveiller leur couplage dans un environnement stable en oxygène. Les tests ont révélé des résultats intéressants, notamment des effets laser bidirectionnels, ouvrant la voie à de nouvelles expériences scientifiques.

Lasers à ciel ouvert – Tests

Les tests ont commencé avec des ingénieurs utilisant un laser à pompe de 261 nm pour exciter les gaz. L'objectif était de mieux comprendre pourquoi le mélange d'argon subit une réduction du taux d'ionisation. Ce test a conduit les ingénieurs à se concentrer sur l'absorption résonante à 3 photons de photons de 261 nm dans Ar. Ils ont alors découvert une corrélation directe avec l'effet laser bidirectionnel.

Cet effet laser en cascade bidirectionnel a été testé à l'aide de divers paramètres pour garantir que les détails de la conversion étaient enregistrés. Le test a révélé que le mélange d'azote et d'argon créait la réponse souhaitée, alors que d'autres mélanges ne produisaient aucune impulsion lumineuse laser bidirectionnelle. Un zoom avant a révélé que l'absorption à 3 photons de photons de 261 nm par des atomes d'Ar crée spécifiquement une émission de superfluorescence en cascade. Cette révélation a été une découverte majeure car on ignorait auparavant qu'un mécanisme à médiation photonique qui transfère l'énergie de N2 à Ar était une possibilité.

Les étapes suivantes ont commencé par des tests de fréquence. Les chercheurs ont fait varier les fréquences jusqu'à ce qu'ils remarquent que les molécules d'azote présentent une absorption non linéaire à 3 photons dans un état excité électroniquement lorsqu'elles sont exposées à 261 nm à de l'argon résonnant à une fréquence légèrement différente. Ces données ont ensuite été recueillies pour être utilisées pour créer de nouvelles formules afin de modéliser de futures expériences.

Résultats

L’étude montre des résultats prometteurs qui pourraient bouleverser la communauté des lasers. L’équipe a notamment réussi à produire des effets durables en cascade bidirectionnels dans l’air atmosphérique. Plus précisément, les ingénieurs ont pu créer deux lasers bidirectionnels colorés via une configuration sans cavité à l’air libre.

Les recherches ont également permis de faire des découvertes inattendues. L’équipe a notamment remarqué que la quantité d’oxygène utilisée lors du mélange affectait l’interaction entre les molécules d’argon et d’azote. Leurs recherches montrent qu’un mélange à 1 % d’O2 est idéal pour une émission sans cavité, bidirectionnelle et de type laser.

Avantages du laser à ciel ouvert

Cette technologie apporte plusieurs avantages au marché. Tout d’abord, elle permet de créer des lasers avec moins de pièces mécaniques. Les lasers à ciel ouvert nécessiteront moins de techniques et de fabrication pour être produits. Ces coûts réduits se traduiront par davantage d’applications.

Stabilité

L'utilisation de miroirs dans les lasers actuels constitue l'un de leurs principaux points faibles. Ces minuscules dispositifs doivent être parfaitement calibrés et alignés pour produire le faisceau lumineux attendu. Le moindre écart par rapport à l'étalonnage d'origine peut rendre l'appareil inutilisable. L'utilisation croissante des lasers dans les applications commerciales et militaires à grande échelle entraîne une forte demande de lasers comportant moins de composants mobiles. Les lasers à azote argon constituent une solution judicieuse.

Poids léger

L'utilisation d'argon et d'azote légers contribuera à réduire le poids global des lasers. Les lasers sont déjà utilisés dans de nombreux dispositifs microscopiques. Cependant, leur échelle d'utilisation est limitée par la capacité des fabricants à réduire la taille des composants de base. Un système à base d'argon nécessiterait beaucoup moins d'espace et serait plus léger. Il pourrait ainsi contribuer à la prochaine génération de voyages spatiaux, aux nanotechnologies et bien plus encore.

Utilisations potentielles Applications

Les applications de ce nouveau type de lumière laser sont nombreuses. De la surveillance et de la numérisation via des systèmes LiDAR au ciblage des cellules cancéreuses, le monde est prêt pour des lasers plus précis et plus accessibles. Voici quelques cas d'utilisation potentiels de ces appareils alimentés à l'argon.

Technologies de télédétection

La technologie laser à l'air libre et à l'envers est principalement utilisée pour améliorer la télédétection. Ces dispositifs pourraient permettre de détecter les particules lumineuses les plus faibles lorsqu'elles interagissent avec le mélange d'azote et d'argon. Par conséquent, ils pourraient contribuer à la fabrication de panneaux solaires plus sensibles, d'équipements de sécurité, etc.

Santé

Les lasers continuent d'être utilisés dans le domaine médical, des instruments chirurgicaux aux scanners cérébraux. Ces appareils changent la façon dont l'humanité soigne les maladies et les affections. L'utilisation de dispositifs laser plus petits et moins complexes alimentés par des mélanges d'azote et d'argon pourrait ouvrir la voie à des traitements par nanorobots et à d'autres options de soins médicaux qui aujourd'hui sembleraient relever de la science-fiction.

Utilisation militaire

Les militaires ont de plus en plus expérimenté les lasers au cours de la dernière décennie. Ils considèrent ces dispositifs comme une alternative peu coûteuse aux tirs de missiles guidés coûteux sur des cibles. Leurs inquiétudes n'ont fait que croître à mesure que l'utilisation de drones petits et peu coûteux a obligé la majorité des grandes armées à se démener pour trouver des alternatives de défense aérienne à coût comparable aux systèmes de missiles coûteux.

Ces recherches pourraient servir à créer des lasers plus efficaces et plus puissants, nécessitant moins d’énergie. À l’avenir, ces dispositifs pourraient contribuer à protéger les soldats et les civils des attaques de drones et de missiles guidés. Ils pourraient également alerter les gens en cas de danger imminent, ce qui leur donnerait plus de temps pour se mettre à l’abri auprès de leurs proches.

et de recherche

L'étude sur le laser à l'azote et à l'argon en plein air a été menée par une équipe de chercheurs de l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA) et de l'Institut Max Born. L'auteur principal de l'étude est Zan Nie. Il a bénéficié de l'aide des équipes dirigées par Chan Joshi et Misha Ivanov, qui ont également co-écrit l'étude.

Deux entreprises qui peuvent bénéficier de la recherche sur les lasers à ciel ouvert

De nombreuses entreprises utilisent le laser pour proposer leurs services. Il est utilisé presque partout, de l'ouverture automatique des portes à la numérisation des produits d'épicerie. On oublie souvent à quel point le monde dépend de cette technologie. Voici quelques entreprises bien positionnées sur le marché et qui pourraient intégrer cette technologie à l'avenir pour améliorer leurs résultats.

1. Société Heico

Société HEICO (HEI + 0.27%)

Heico Corporation est une entreprise de fabrication de technologies aérospatiales basée en Floride qui a le potentiel d'intégrer cette découverte technologique avec beaucoup d'efficacité. L'entreprise propose des offres dans divers secteurs, notamment les secteurs médical, des télécommunications, de l'aérospatiale, de la défense, de l'espace et de l'électronique. En tant que telle, il s'agit d'une opération bien reconnue qui s'est avérée être une « prise » résiliente pour les traders.

Heico Corporation exploite une immense usine de fabrication en Floride qui englobe la conception, la fabrication, la réparation, la distribution et la vente de ses divers produits dans différents secteurs. L'entreprise n'a cessé de se développer après avoir acquis les divisions Aerial Delivery et Descent Devices de Capewell Aerial Systems. Cette manœuvre a consacré Heico Corporation comme un acteur majeur sur les marchés de l'aérospatiale.

De nombreux traders estiment que Heico Corporation connaîtra un essor considérable, notamment Berkshire Hathaway, le fonds d'investissement de Warren Buffett. Il convient de noter que HEI affiche une capitalisation boursière d'environ 14 milliards de dollars, une valeur qui devrait augmenter avec la demande croissante pour ses produits.

2. Laser Photonics Corporation

Société de photonique laser (LASE + 1.79%)

Laser Photonics Corporation, dont le siège social est situé en Floride, est reconnue comme une entreprise innovante dans le domaine de la technologie laser. L'entreprise propose au marché une sélection de produits laser, notamment des systèmes de nettoyage laser, des plateformes de défense, des composants de surveillance de sécurité et des outils de découpe laser de qualité professionnelle. Laser Photonics est souvent répertoriée parmi les entreprises technologiques les plus importantes du classement Fortune 500 et est en activité depuis plus de 30 ans. L'entreprise a noué des partenariats stratégiques au fil du temps, notamment avec Fastenal Company pour fournir des produits laser au marché.

Le nouveau mécanisme laser à ciel ouvert pourrait profiter à Laser Photonics Corp dans les mois à venir. L'entreprise pourrait bénéficier de procédures de fabrication plus efficaces en éliminant le processus fastidieux d'étalonnage des cavités laser pour les dispositifs. L'engagement de l'entreprise envers la réussite et l'innovation constante font de LASE un ajout judicieux à tout portefeuille.

Les lasers en plein air ne sont qu'un début

Cette étude révèle un nouveau mécanisme de conversion d’énergie via l’argon et l’azote, tout en ouvrant la voie à d’autres technologies révolutionnaires, telles que le battement quantique. À ce titre, beaucoup pensent que cette équipe mérite beaucoup plus de reconnaissance pour son travail. Pour l’instant, ce groupe d’ingénieurs innovants est prêt à étendre ses tests pour découvrir encore plus de détails sur le processus de couplage radiatif qui alimente ces interactions.

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