Lasers à air libre possibles grâce à la conversion d’énergie entre l’azote et l’argon

Une équipe de chercheurs de l’University of California Los Angeles (UCLA) et du Max Born Institute 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 air libre, 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 mode de fonctionnement principal des lasers consistait à projeter un faisceau de lumière à travers une cavité optique entre une paire de miroirs. Ces miroirs sont construits et orientés de façon à permettre à la lumière de rebondir d’avant en arrière entre les dispositifs. Cette action de rebond amplifie l’intensité de la lumière, créant le faisceau focalisé que vous voyez.

Lasers à air libre

Depuis le début de la recherche sur les lasers, des ingénieurs cherchent à créer de la lumière laser sans recourir à des cavités d’amplification et à des miroirs. Dans le cadre de ces recherches, une sous-section d’ingénieurs vise à créer des lasers à air libre. Ces dispositifs utilisent les interactions entre des particules excitées par une lumière intense pour former de la lumière laser. Jusqu’à récemment, ce concept scientifique n’était pas réalisable. Cependant, il semble que la situation ait changé suite à la publication de cette étude récente.

Étude sur le laser à air libre azote-argon

L’étude porte sur l’utilisation de mélanges d’azote et d’argon pour induire un lasage sans cavité dans l’air atmosphérique. L’étude, publiée dans Physical Review Letters, introduit le concept et un modèle fonctionnel qui a réalisé un transfert d’énergie médié par des photons entre N₂ et Ar, aboutissant à une réponse de superfluorescence.

Les recherches de l’équipe examinent de nombreux concepts différents, car l’air ambiant contient divers composants pouvant générer une réponse superfluorescente. Pour vérifier que l’argon et l’azote étaient les composants actifs de la réponse, l’équipe a dû surveiller le couplage des deux dans un environnement stable en oxygène. Les tests ont révélé des résultats intéressants, notamment des effets de lasage bidirectionnel, ouvrant la porte à une variété de nouvelles expériences scientifiques.

Lasers à air libre – Tests

Les tests ont commencé avec des ingénieurs utilisant un laser de pompage de 261 nm pour exciter les gaz. L’objectif était d’approfondir la compréhension de la raison pour laquelle le mélange d’argon subit une réduction du taux d’ionisation. Ce test a conduit les ingénieurs à se concentrer sur l’absorption résonnante à 3 photons de photons de 261 nm dans l’Ar. Ils y ont découvert une corrélation directe avec l’effet de lasage bidirectionnel.

Cet effet de lasage en cascade bidirectionnel a été testé en utilisant une variété de paramètres afin de garantir que les détails de la conversion soient enregistrés. Le test a révélé que le mélange d’azote avec de l’argon créait la réponse souhaitée, tandis que d’autres mélanges ne produisaient aucun impulsion laser bidirectionnelle. Un zoom a montré que l’absorption à 3 photons de photons de 261 nm par les atomes d’Ar crée spécifiquement une émission de superfluorescence en cascade. Cette révélation était une découverte majeure, car il était auparavant inconnu qu’un mécanisme médié par des photons transférant l’énergie du N₂ à l’Ar était possible.

Les étapes suivantes ont commencé par des tests de fréquence. Les chercheurs ont parcouru différentes fréquences jusqu’à remarquer que les molécules d’azote présentent une absorption non linéaire à 3 photons dans un état électroniquement excité lorsqu’elles sont exposées à 261 nm en présence d’argon résonnant à une fréquence légèrement différente. Ces données ont ensuite été rassemblées pour être utilisées afin de créer de nouvelles formules modélisant les expériences futures.

Résultats

L’étude présente des résultats prometteurs qui pourraient bouleverser la communauté laser. D’une part, l’équipe a réussi à produire des effets en cascade bidirectionnels durables dans l’air atmosphérique. Plus précisément, les ingénieurs ont pu créer deux lasers colorés et bidirectionnels grâce à une configuration à air libre sans cavité.
La recherche met également en lumière certaines découvertes inattendues. D’une part, l’équipe a remarqué que la quantité d’oxygène utilisée lors du mélange affectait l’interaction entre les molécules d’argon et d’azote. Leur recherche montre qu’un mélange contenant 1 % d’O₂ est idéal pour une émission sans cavité, bidirectionnelle et semblable à un laser.

Avantages des lasers à air libre

Cette technologie apporte plusieurs avantages au marché. D’une part, elle permet la création de lasers avec moins de pièces mécaniques. Les lasers à air libre 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’une de leurs plus grandes faiblesses. Ces petits dispositifs doivent être parfaitement calibrés et alignés pour créer le faisceau lumineux attendu. Toute petite déviation du calibrage d’origine peut rendre l’appareil inutile. Alors que l’usage des lasers continue de s’étendre aux grandes applications commerciales et militaires, la demande pour des lasers avec moins de pièces mobiles est forte. Les lasers azote-argon sont une solution intelligente.

Légèreté

Utiliser de l’argon et de l’azote légers aidera à réduire le poids global des lasers à l’avenir. Les lasers sont déjà utilisés sur de nombreux dispositifs microscopiques. Cependant, ils sont limités en échelle d’opération selon les capacités du fabricant à miniaturiser les composants centraux. Un système basé sur l’argon nécessiterait beaucoup moins d’espace et pèserait moins. Ainsi, ils pourraient contribuer à alimenter les voyages spatiaux de prochaine génération, la nanotechnologie et bien plus encore.

Applications potentielles

Il existe de nombreuses applications pour ce nouveau type de lumière laser. De la surveillance et du balayage via les systèmes LiDAR au ciblage des cellules cancéreuses, le monde est prêt pour des lasers plus précis et accessibles. Voici quelques cas d’utilisation potentiels pour ces dispositifs alimentés à l’argon.

Technologies de télédétection

Le principal cas d’utilisation de la technologie de lasage à air libre inversé est d’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 fabriquer des panneaux solaires plus sensibles, des équipements de sécurité, et plus encore.

Santé

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

Utilisation militaire

L’armée expérimente les lasers de plus en plus depuis la dernière décennie. Elle considère ces dispositifs comme une alternative à faible coût au tir de missiles guidés coûteux sur les cibles. Ses préoccupations n’ont fait que croître avec l’utilisation de drones petits et bon marché, poussant la plupart des grandes armées à chercher des alternatives de défense aérienne à coût comparable aux systèmes de missiles onéreux.
Cette recherche pourrait être utilisée pour créer des lasers plus efficaces et puissants nécessitant moins d’énergie. À l’avenir, ces dispositifs pourraient aider à protéger les soldats et les civils contre les attaques de drones et de missiles guidés. Ils pourraient également alerter d’un danger imminent, donnant aux personnes plus de temps pour se mettre à l’abri avec leurs proches.

Chercheurs

L’étude sur le laser à air libre azote-argon a été menée par une équipe de chercheurs de l’University of California Los Angeles (UCLA) et du Max Born Institute. L’auteur principal de l’article est Zan Nie. Il a été aidé par des équipes dirigées par Chan Joshi et Misha Ivanov, qui ont également co‑signé l’article.

Deux entreprises qui peuvent bénéficier de la recherche sur les lasers à air libre

De nombreuses entreprises dépendent des lasers pour fournir leurs services au marché. Les lasers sont utilisés presque partout, de l’ouverture de portes automatiques au scan des produits d’épicerie. Il est facile d’oublier à quel point le monde dépend de cette technologie. Voici quelques entreprises qui occupent une position importante sur le marché et qui pourraient intégrer cette technologie à l’avenir pour améliorer leurs résultats.

1. Heico Corporation

HEI Graphique du prix

Heico Corporation (HEI ) (HEI-A ) est une entreprise de fabrication de technologies aérospatiales basée en Floride qui a le potentiel d’intégrer cette découverte technologique avec un grand effet. La société propose des produits dans divers secteurs, notamment le médical, les télécommunications, l’aérospatiale, la défense, l’espace et l’électronique. En tant que telle, il s’agit d’une opération bien reconnue qui s’est avérée être une « position solide » pour les traders.

Heico Corporation exploite une vaste installation de fabrication en Floride qui englobe la conception, la fabrication, la réparation, la distribution et la vente de ses divers produits à travers les industries. L’entreprise s’est continuellement développée après avoir acquis les divisions Aerial Delivery et Descent Devices de Capewell Aerial Systems. Cette manœuvre a ancré Heico Corporation comme un acteur majeur des marchés aérospatiaux.

De nombreux traders pensent que Heico Corporation connaîtra une forte croissance, y compris Berkshire Hathaway (BRK.A ) (BRK-B ), le fonds d’investissement de Warren Buffett. Notamment, HEI possède une capitalisation boursière d’environ 14 milliards de dollars, qui devrait augmenter à mesure que la demande pour leurs produits augmente.

2. Laser Photonics Corporation

LASE Graphique du prix

Laser Photonics Corporation (LASE ) a son siège en Floride et est reconnue comme une puissance innovante dans la technologie laser. L’entreprise propose une sélection de produits à base de laser au marché, incluant 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 figure souvent parmi les meilleures entreprises technologiques du Fortune 500 et est en activité depuis plus de 30 ans. L’entreprise a conclu plusieurs partenariats stratégiques, notamment avec Fastenal Company (FAST ) pour fournir des produits laser au marché.
Le nouveau mécanisme de laser à air libre pourrait bénéficier à Laser Photonics Corp dans les mois à venir. L’entreprise pourrait voir des procédures de fabrication plus efficaces en éliminant le processus chronophage de calibration des cavités laser pour les dispositifs. L’engagement de la société envers le succès et l’innovation constante fait de LASE un ajout judicieux à tout portefeuille.

Les lasers à air libre ne sont que le début

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