Åpne luftlasere mulig ved å konvertere energi mellom nitrogen og argon

Et team av forskere fra University of California Los Angeles (UCLA) og Max Born Institute publiserte en studie som demonstrerer bruk av nitrogen og argon for å skape laserlys. Studien bygger på tiår med forskning innen feltet for å lage åpne luftlasere, som en dag kan bidra til å forbedre sensorer, robotikk og mye mer. Her er det du trenger å vite.

Laserteknologi

For tiår var den primære måten lasere fungerte på ved å skyte en lysstråle gjennom en optisk resonator mellom et par speil. Disse speilene er konstruert og vinklet på en måte som gjør at lyset kan sprette frem og tilbake mellom enhetene. Denne sprettende handlingen forsterker intensiteten til lyset, og skaper den fokuserte strålen du ser.

Åpne luftlasere

Siden begynnelsen av laserforskning har ingeniører søkt å skape laserlys uten bruk av forsterkningsresonatorer og speil. Innen dette forskningsområdet finnes en undergruppe av ingeniører som prøver å lage åpne luftlasere. Disse enhetene utnytter interaksjoner mellom partikler som er eksitert av intens lys for å danne laserlys. Inntil nylig var dette vitenskapelige konseptet ikke mulig. Det ser imidlertid ut til at tidevannet har snudd etter publiseringen av denne nylige studien.

Studie av nitrogen-argon åpne luftlaser

Studien handler om å bruke nitrogen- og argonblandinger for å indusere resonatorfri lasing i atmosfærisk luft. studie, publisert i Physical Review Letters, introduserer konseptet og en fungerende modell som oppnådde fotonmediert energioverføring mellom N₂ og Ar, noe som resulterte i en superfluorescensrespons.

Teamets forskning ser på mange ulike konsepter, ettersom omgivelsesluften har forskjellige komponenter som kan gi en superfluorescensrespons. For å verifisere at argon og nitrogen var de aktive komponentene i responsen, måtte teamet overvåke koblingen mellom de to i et oksygenstabilt miljø. Testene avdekket noen interessante resultater, inkludert toveis lasingseffekter, som åpnet døren for en rekke nye vitenskapelige eksperimenter.

Åpne luftlasere – testing

Testingen startet med at ingeniører brukte en 261 nm pumpelaser for å excitere gassene. Målet var å få en dypere forståelse av hvorfor argonblandingen gjennomgår en reduksjon i ioniseringshastigheten. Denne testen førte til at ingeniørene fokuserte på 3‑foton resonant absorpsjon av 261 nm fotoner i Ar. Her oppdaget de en direkte korrelasjon med den toveis lasingseffekten.

Dette toveis kaskaderende lasingseffekten ble testet ved bruk av ulike parametere for å sikre at konverteringsdetaljene ble registrert. Testen viste at blanding av nitrogen med argon skapte den ønskede responsen, mens andre blandinger ikke produserte noen toveis laserlyspuls. En nærmere undersøkelse avdekket at 3‑foton absorpsjon av 261 nm fotoner av Ar‑atomer spesifikt skaper emisjon av kaskadert superfluorescens. Denne oppdagelsen var betydelig, da det tidligere var ukjent at en fotonmediert mekanisme som overfører energi fra N₂ til Ar var mulig.

De neste stegene begynte med frekvenstesting. Forskerne skiftet gjennom ulike frekvenser til de merket at nitrogenmolekyler viser ikke‑lineær 3‑foton absorpsjon i en elektronisk eksitert tilstand når de eksponeres for 261 nm til argon som resonnerer på en litt annen frekvens. Disse dataene ble deretter samlet for å brukes til å lage nye formler for å modellere fremtidige eksperimenter.

Resultater

Studien viser noen lovende resultater som kan endre laserfeltet. For det første klarte teamet å produsere toveis kaskaderende varige effekter i atmosfærisk luft. Spesielt var ingeniørene i stand til å skape to fargede, toveis lasere via en åpne luft resonatorfri oppsett.
Forskningen kaster også lys over noen uventede oppdagelser. For det første la teamet merke til at mengden oksygen brukt under blandingen påvirket interaksjonen mellom argon‑ og nitrogenmolekylene. Deres forskning viser at en 1 % O₂‑blanding er ideell for resonatorfri, toveis og laserlignende emisjon.

Fordeler med åpne luftlasere

Denne teknologien gir flere fordeler til markedet. For det første muliggjør den skapelsen av lasere med færre mekaniske deler. Åpne luftlasere vil kreve mindre teknisk og produksjonsarbeid. Disse lavere kostnadene vil resultere i flere bruksområder.

Stabilitet

Bruken av speil i dagens lasere er en av deres største svakheter. Disse små enhetene må kalibreres perfekt og justeres for å skape den lysstrålen du forventer. Enhver liten avvik fra enhetens opprinnelige kalibrering kan gjøre enheten ubrukelig. Etter hvert som bruken av lasere fortsetter å utvide seg til store kommersielle og militære anvendelser, er det stor etterspørsel etter lasere med færre bevegelige komponenter. Nitrogen‑argon-lasere er en smart løsning.

Lett vekt

Bruk av lettvektige argon‑ og nitrogen vil bidra til å redusere den totale vekten til lasere fremover. Lasere er allerede i bruk på mange mikroskopiske enheter. Imidlertid er de begrenset i skalaen av operasjon basert på produsentens evne til å krympe ned kjernekomponentene. Et argon‑basert system ville kreve mye mindre plass og veie mindre. Som sådan kan de bidra til å drive neste generasjons romfart, nanoteknologi og mye mer.

Potensielle bruksområder

Det finnes mange anvendelser for denne nye stilen av laserlys. Fra overvåking og skanning via LiDAR‑systemer til målretting av kreftceller, er verden klar for mer nøyaktige og tilgjengelige lasere. Her er noen potensielle bruksområder for disse argon‑drevne enhetene.

Fjernmålings‑teknologier

Hovedbruksområdet for bakover åpen luft laserteknologi er å forbedre fjernmåling. Disse enhetene kan gjøre det mulig å oppdage de svakeste lyspartiklene når de interagerer med nitrogen‑ og argonblandingen. Følgelig kan de bidra til å lage mer følsomme solcellepaneler, sikkerhetsutstyr og mer.

Helsevesen

Lasere fortsetter å finne bruk i medisinsk felt fra kirurgiske verktøy til hjerneavbildning; disse enhetene endrer måten menneskeheten behandler sykdommer og plager på. Bruk av mindre og mindre kompliserte lasende enheter drevet av argon‑nitrogenblandinger kan åpne døren for nanobotbehandlinger og andre medisinske alternativer som i dag ville virke som science fiction.

Militær bruk

Militæret har eksperimentert mer med lasere de siste tiårene. De ser disse enhetene som et lavkostalternativ til å skyte dyre guidede missiler mot mål. Bekymringene deres har bare økt ettersom bruken av små og billige droner har fått de fleste store militærstyrker til å lete etter kostnadseffektive luftforsvarsalternativer i stedet for dyre missilsystemer.
Denne forskningen kan brukes til å lage mer effektive og kraftige lasere som krever mindre energi. I fremtiden kan disse enhetene bidra til å beskytte soldater og sivile mot drone‑ og guidede missilangrep. De kan også varsle om innkommende fare, og gi folk mer tid til å søke tilflukt med sine kjære.

Forskere

Nitrogen‑argon åpne luftlaserstudien ble utført av et team av forskere ved University of California Los Angeles (UCLA) og Max Born Institute. Hovedforfatteren av artikkelen er Zan Nie. Han fikk hjelp fra team ledet av Chan Joshi og Misha Ivanov, som også er medforfattere på artikkelen.

To selskaper som kan dra nytte av forskning på åpne luftlasere

Mange selskaper er avhengige av lasere for å levere sine tjenester til markedet. Lasere brukes nesten overalt, fra åpning av automatiske dører til skanning av dagligvarer. Det er lett å glemme hvor mye verden er avhengig av denne teknologien. Her er noen få selskaper som har en fremtredende posisjon i markedet og som kan integrere denne teknologien i fremtiden for å forbedre bunnlinjen.

1. Heico Corporation

HEI Prisdiagram

Heico Corporation (HEI ) (HEI-A ) er et Florida‑basert luftfarts‑teknologiproduksjonsfirma som har potensial til å integrere denne teknologiske oppdagelsen med stor effekt. Selskapet har tilbud i en rekke sektorer inkludert medisinsk, telekommunikasjon, luftfart, forsvar, romfart og elektronikkindustri. Som sådan er dette en velkjent operasjon som har vist seg å være en robust “hold” for tradere.

Heico Corporation driver et enormt produksjonsanlegg i Florida som omfatter design, produksjon, reparasjon, distribusjon og salg av sine ulike produkter på tvers av industrier. Selskapet har kontinuerlig ekspandert etter at det kjøpte Aerial Delivery and Descent Devices‑divisjonene fra Capewell Aerial Systems. Dette trekket befestet Heico Corporation som en viktig aktør i luftfartsmarkedene.

Mange tradere tror at Heico Corporation vil fly høyt, inkludert Berkshire Hathaway (BRK.A ) (BRK-B ), Warren Buffetts investeringsfond. Merkbart har HEI en markedsverdi på rundt 14 milliarder dollar, som forventes å øke etter hvert som etterspørselen etter deres produkter stiger.

2. Laser Photonics Corporation

LASE Prisdiagram

Laser Photonics Corporation (LASE ) har hovedkontor i Florida og er anerkjent som en innovativ kraftpakke innen laserteknologi. Selskapet tilbyr et utvalg av laserbaserte produkter til markedet som inkluderer laser rengjøringssystemer, forsvarsplattformer, sikkerhetsmonitoreringskomponenter og profesjonelle laser kutteverktøy. Laser Photonics er ofte oppført på Fortune 500s topp teknologifirmaer og har vært i drift i over 30 år. Selskapet har gjort noen strategiske partnerskap underveis, inkludert et partnerskap med Fastenal Company (FAST ) for å levere laserprodukter til markedet.
Den nyeste åpne luftlasermekanismen kan komme Laser Photonics Corp til gode i de kommende månedene. Selskapet kan se mer effektive produksjonsprosesser ved å eliminere den tidkrevende prosessen med å kalibrere laserresonatorer for enheter. Firmaets forpliktelse til suksess og konstant innovasjon gjør LASE til et klokt tillegg til enhver portefølje.

Åpne luftlasere er bare begynnelsen

Studien avslører en ny mekanisme for å konvertere energi via argon og nitrogen samtidig som den åpner døren for andre banebrytende teknologier, som kvante‑beating. Som sådan tror mange at dette teamet fortjener mye mer anerkjennelse for sitt arbeid. For nå er denne innovative gruppen av ingeniører klar til å utvide testingen for å oppdage enda flere detaljer om den strålingskoblingsprosessen som driver disse interaksjonene.
Lær om andre kule prosjekter nå