Openluchtlasers mogelijk door energie om te zetten tussen stikstof en argon

Een team van onderzoekers van de University of California Los Angeles (UCLA) en het Max Born Institute heeft een studie gepubliceerd waarin wordt aangetoond dat stikstof en argon kunnen worden gebruikt om laserlicht te creëren. De studie bouwt voort op tientallen jaren onderzoek naar het creëren van openluchtlasers, die op een dag sensoren, robotica en nog veel meer kunnen verbeteren. Dit is wat u moet weten.

Laser Tech

Gedurende tientallen jaren werkte een laser voornamelijk door een lichtstraal door een optische resonator te sturen tussen een paar spiegels. Deze spiegels zijn zo geconstrueerd en gekanteld dat het licht heen en weer kan weerkaatsen tussen de apparaten. Deze weerkaatsing versterkt de intensiteit van het licht, waardoor de gefocuste straal ontstaat die u ziet.

Open-Air Lasers

Sinds het begin van het laseronderzoek zoeken ingenieurs naar manieren om laserlicht te creëren zonder gebruik te maken van versterkingsresonatoren en spiegels. Binnen dit onderzoek is er een subsectie van ingenieurs die openluchtlasers willen ontwikkelen. Deze apparaten maken gebruik van interacties tussen deeltjes die door intens licht worden geëxciteerd om laserlicht te vormen. Tot voor kort was dit wetenschappelijke concept niet mogelijk. Het lijkt er echter op dat de situatie is veranderd na de publicatie van deze recente studie.

Nitrogen Argon Open-Air Laser Study

De studie beschrijft het gebruik van stikstof- en argonmengsels om caviteitsvrij laseren in de atmosferische lucht te induceren. De studie, gepubliceerd in Physical Review Letters, introduceert het concept en een werkend model dat foton‑gemedieerde energietransfer tussen N₂ en Ar realiseerde, wat resulteerde in een superfluorescentie‑respons.

Het onderzoek van het team onderzoekt veel verschillende concepten, aangezien omgevingslucht verschillende componenten bevat die een superfluorescentie‑respons kunnen veroorzaken. Om te verifiëren dat argon en stikstof de actieve componenten in de respons waren, moest het team de koppeling van de twee monitoren in een zuurstofstabiele omgeving. De tests leverden enkele interessante resultaten op, waaronder bidirectionele lasereffecten, die de deur openden voor een verscheidenheid aan nieuwe wetenschappelijke experimenten.

Open-Air Lasers – Testing

De tests begonnen met ingenieurs die een 261 nm pomp‑laser gebruikten om de gassen te exciteren. Het doel was een dieper begrip te krijgen van waarom het argonmengsel een vermindering in ionisatieratio ondergaat. Deze test leidde de ingenieurs tot een focus op de 3‑foton resonante absorptie van 261 nm fotonen in Ar. Hier ontdekten ze een directe correlatie met het bidirectionele lasereffect.

Dit bidirectionele cascaderende lasereffect werd getest met verschillende parameters om ervoor te zorgen dat de details van de conversie werden vastgelegd. De test toonde aan dat het mengen van stikstof met argon de gewenste respons opleverde, terwijl andere mengsels geen bidirectionele laserlichtpuls produceerden. Inzoomen onthulde dat 3‑foton absorptie van 261 nm fotonen door Ar‑atomen specifiek emissie van gecascadeerde superfluorescentie veroorzaakt. Deze onthulling was een belangrijke ontdekking, aangezien eerder onbekend was dat een foton‑gemedieerd mechanisme dat energie van N2 naar Ar overdraagt, mogelijk was.

De volgende stappen begonnen met frequentietesten. Onderzoekers schakelden door verschillende frequenties totdat ze merkten dat stikstofmoleculen een niet‑lineaire 3‑foton absorptie vertonen in een elektronisch geëxciteerde toestand wanneer ze worden blootgesteld aan 261 nm argon dat resoneert op een iets andere frequentie. Deze gegevens werden vervolgens verzameld om nieuwe formules te creëren voor toekomstige experimenten.

Results

De studie toont enkele veelbelovende resultaten die de lasercommunity kunnen opschudden. Ten eerste heeft het team met succes bidirectionele gecascadeerde blijvende effecten geproduceerd in atmosferische lucht. Concreet konden de ingenieurs twee gekleurde, bidirectionele laseringen creëren via een openlucht, caviteitsvrije opstelling.
Het onderzoek werpt ook licht op enkele onverwachte ontdekkingen. Zo merkte het team op dat de hoeveelheid zuurstof die tijdens het mengsel werd gebruikt, de interactie tussen de argon‑ en stikstofmoleculen beïnvloedde. Hun onderzoek toont aan dat een mengsel met 1 % O2 ideaal is voor caviteitsvrije, bidirectionele en laserachtige emissie.

Open-Air Laser Benefits

Deze technologie biedt verschillende voordelen voor de markt. Ten eerste maakt het de creatie van lasers met minder mechanische onderdelen mogelijk. Openluchtlasers vereisen minder technische en productie‑inspanningen. Deze lagere kosten zullen leiden tot meer toepassingsscenario’s.

Stability

Het gebruik van spiegels in de huidige lasers is een van hun grootste zwaktes. Deze kleine componenten moeten perfect gekalibreerd en uitgelijnd worden om de verwachte lichtstraal te produceren. Elke kleine afwijking van de oorspronkelijke kalibratie kan ertoe leiden dat het apparaat nutteloos wordt. Naarmate lasers steeds meer worden ingezet in grote commerciële en militaire toepassingen, is er een sterke vraag naar lasers met minder bewegende onderdelen. Stikstof‑argonlasers vormen een slimme oplossing.

Light Weight

Het gebruik van lichtgewicht argon en stikstof zal het totale gewicht van lasers in de toekomst verminderen. Lasers worden al op veel microscopische apparaten gebruikt. Ze zijn echter beperkt in schaal vanwege de mogelijkheden van de fabrikant om de kerncomponenten te verkleinen. Een op argon gebaseerd systeem zou veel minder ruimte innemen en minder wegen. Hierdoor zouden ze kunnen bijdragen aan de volgende generatie ruimtevaart, nanotechnologie en nog veel meer.

Potential use Applications

Er zijn veel toepassingen voor dit nieuwe type laserlicht. Van monitoring en scanning via LiDAR-systemen tot het richten op kankercellen, de wereld is klaar voor nauwkeurigere en toegankelijkere lasers. Hieronder enkele potentiële gebruiksscenario’s voor deze op argon aangedreven apparaten.

Remote Sensing Technologies

De belangrijkste toepassing voor terugwaartse openluchtlasertechnologie is het verbeteren van remote sensing. Deze apparaten kunnen het mogelijk maken om de zwakste lichtdeeltjes te detecteren terwijl ze interageren met het stikstof‑ en argonmengsel. Hierdoor kunnen gevoeliger zonnepanelen, veiligheidsapparatuur en meer worden ontwikkeld.

Healthcare

Lasers blijven een rol spelen in de medische sector, van chirurgische instrumenten tot hersenscans; deze apparaten veranderen de manier waarop de mensheid ziekten en aandoeningen geneest. Het gebruik van kleinere en minder complexe laserapparaten aangedreven door argon‑stikstofmengsels zou de deur kunnen openen naar nanobot‑behandelingen en andere medische opties die vandaag de dag nog als science‑fiction lijken.

Military Use

Het leger experimenteert de afgelopen decennium steeds meer met lasers. Ze zien deze apparaten als een goedkoop alternatief voor het afvuren van dure geleide raketten op doelen. Hun zorgen zijn alleen maar toegenomen nu kleine en goedkope drones de meeste grote legers dwingen om kosteneffectieve luchtverdedigingsalternatieven te zoeken in plaats van dure raketsystemen.
Dit onderzoek kan worden gebruikt om effectievere en krachtigere lasers te creëren die minder energie verbruiken. In de toekomst zouden deze apparaten soldaten en burgers kunnen beschermen tegen drones en geleide raketaanvallen. Ze zouden ook kunnen waarschuwen voor naderend gevaar, waardoor mensen meer tijd hebben om onderdak te zoeken met hun dierbaren.

Researchers

De Nitrogen‑Argon Open‑Air Laser‑studie werd uitgevoerd door een team van onderzoekers aan de University of California Los Angeles (UCLA) en het Max Born Institute. De hoofd auteur van het artikel is Zan Nie. Hij kreeg hulp van teams onder leiding van Chan Joshi en Misha Ivanov, die ook co‑auteurs van het artikel zijn.

Two Companies that Can Benefit from Open-Air Lasers Research

Veel bedrijven zijn afhankelijk van lasers om hun diensten aan de markt te leveren. Lasers worden bijna overal gebruikt, van het openen van automatische deuren tot het scannen van boodschappen. Het is gemakkelijk te vergeten hoeveel de wereld op deze technologie vertrouwt. Hieronder enkele bedrijven die een prominente positie in de markt innemen en deze technologie in de toekomst zouden kunnen integreren om hun resultaten te verbeteren.

1. Heico Corporation

HEI Prijsgrafiek

Heico Corporation (HEI ) (HEI-A ) is een in Florida gevestigd bedrijf voor de productie van ruimtevaarttechnologie dat de potentie heeft om deze technologische ontdekking met groot effect te integreren. Het bedrijf biedt producten aan in diverse sectoren, waaronder de medische, telecommunicatie, ruimtevaart, defensie, ruimte en elektronica. Als zodanig is dit een goed erkende onderneming die zich heeft bewezen als een veerkrachtige “hold” voor handelaren.

Heico Corporation exploiteert een enorme productiefaciliteit in Florida die het ontwerp, de productie, reparatie, distributie en verkoop van haar diverse producten over verschillende industrieën omvat. Het bedrijf is continu gegroeid nadat het de divisies Aerial Delivery and Descent Devices van Capewell Aerial Systems heeft overgenomen. Deze zet vestigde Heico Corporation als een belangrijke speler op de ruimtevaartmarkten.

Veel handelaren geloven dat Heico Corporation hoog zal vliegen, waaronder Berkshire Hathaway (BRK.A ) (BRK-B ), het investeringsfonds van Warren Buffett. Opmerkelijk is dat HEI een marktkapitalisatie heeft van ongeveer $14 miljard, die naar verwachting zal stijgen naarmate de vraag naar hun producten toeneemt.

2. Laser Photonics Corporation

LASE Prijsgrafiek

Laser Photonics Corporation (LASE ) heeft haar hoofdkantoor in Florida en staat bekend als een innovatieve krachtpatser op het gebied van lasertechnologie. Het bedrijf biedt een reeks laser‑gebaseerde producten aan de markt, waaronder laserschoonsystemen, defensieplatformen, veiligheidsmonitoringscomponenten en professionele laser‑snijgereedschappen. Laser Photonics wordt vaak vermeld onder de Fortune 500 toptechnologiebedrijven en bestaat al meer dan 30 jaar. Het bedrijf heeft enkele strategische partnerschappen gesloten, waaronder een samenwerking met Fastenal Company (FAST ) om laserproducten op de markt te brengen.
Het nieuwste openluchtlasermecanisme zou Laser Photonics Corp in de komende maanden ten goede kunnen komen. Het bedrijf zou effectievere productieprocessen kunnen zien door het tijdrovende proces van het kalibreren van laserresonatoren voor apparaten te elimineren. De toewijding van het bedrijf aan succes en voortdurende innovatie maakt LASE een verstandige toevoeging aan elke portefeuille.

Open-Air Lasers are Just the Beginning

Deze studie onthult een nieuw mechanisme voor het omzetten van energie via argon en stikstof, terwijl het de deur opent naar andere baanbrekende technologieën, zoals quantum beating. Daarom geloven velen dat dit team veel meer erkenning voor hun werk verdient. Voorlopig is deze innovatieve groep ingenieurs klaar om hun tests uit te breiden om nog meer details te ontdekken over het stralingskoppelingsproces dat deze interacties aandrijft.
Leer nu over andere coole projecten in het Nederlands.