Lasers de Ar Livre Possíveis ao Converter Energia Entre Nitrogênio e Argônio

Uma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia Los Angeles (UCLA) e do Instituto Max Born publicou um estudo demonstrando o uso de Nitrogênio e Argônio para criar luz laser. O estudo baseia‑se em décadas de pesquisas no campo da criação de lasers de ar livre, que um dia podem ajudar a melhorar sensores, robótica e muito mais. Veja o que você precisa saber.

Tecnologia a Laser

Por décadas, a forma principal de operação dos lasers era disparar um feixe de luz através de uma cavidade óptica entre um par de espelhos. Esses espelhos são construídos e angulados de modo que a luz seja refletida repetidamente entre eles. Essa ação de reflexão amplifica a intensidade da luz, criando o feixe focado que você vê.

Lasers de Ar Livre

Desde o início das pesquisas sobre lasers, engenheiros têm buscado criar luz laser sem o uso de cavidades de amplificação e espelhos. Dentro dessa pesquisa, há um subconjunto de engenheiros que procura criar lasers de ar livre. Esses dispositivos utilizam interações entre partículas excitadas por luz intensa para formar luz laser. Até recentemente, esse conceito científico não era possível. Contudo, parece que a maré mudou após a publicação deste estudo recente.

Estudo de Laser de Ar Livre com Nitrogênio e Argônio

O estudo aborda o uso de misturas de Nitrogênio e Argônio para induzir emissão laser sem cavidade no ar atmosférico. O estudo, publicado em Physical Review Letters, introduz o conceito e um modelo funcional que realizou transferência de energia mediada por fótons entre N₂ e Ar, resultando em uma resposta de superfluorescência.

A pesquisa da equipe examina muitos conceitos diferentes, já que o ar ambiente contém componentes que podem gerar uma resposta superfluorescente. Para verificar que Argônio e Nitrogênio eram os componentes ativos na resposta, a equipe precisou monitorar o acoplamento dos dois em um ambiente estável de oxigênio. Os testes revelaram resultados interessantes, incluindo efeitos de laser bidirecional, que abriram a porta para uma variedade de novos experimentos científicos.

Lasers de Ar Livre – Testes

Os testes começaram com engenheiros usando um laser de bombeamento de 261 nm para excitar os gases. O objetivo era entender melhor por que a mistura de argônio apresenta redução na taxa de ionização. Esse teste levou os engenheiros a focarem na absorção ressonante de 3 fótons de 261 nm em Ar. Aqui eles descobriram uma correlação direta com o efeito de laser bidirecional.

Esse efeito de laser em cascata bidirecional foi testado usando uma variedade de parâmetros para garantir que os detalhes da conversão fossem registrados. O teste revelou que misturar nitrogênio com argônio criou a resposta desejada, enquanto outras misturas não produziram nenhum pulso de luz laser bidirecional. Um zoom revelou que a absorção de 3 fótons de 261 nm por átomos de Ar cria especificamente emissão de superfluorescência em cascata. Essa revelação foi uma grande descoberta, pois antes não se sabia que um mecanismo mediado por fótons que transfere energia de N₂ para Ar era possível.

Os próximos passos começaram com testes de frequência. Pesquisadores variaram diferentes frequências até perceberem que moléculas de nitrogênio exibem absorção não linear de 3 fótons em um estado eletronicamente excitado quando expostas a 261 nm ao Argônio ressonando em frequência ligeiramente diferente. Esses dados foram então reunidos para criar novas fórmulas que modelarão experimentos futuros.

Resultados

O estudo mostra alguns resultados promissores que podem revolucionar a comunidade de lasers. Primeiro, a equipe produziu com sucesso efeitos de cascata bidirecional duradouros no ar atmosférico. Especificamente, os engenheiros conseguiram criar dois lasers coloridos e bidirecionais por meio de um arranjo de ar livre sem cavidade.

A pesquisa também lança luz sobre descobertas inesperadas. Por exemplo, a equipe notou que a quantidade de oxigênio usada na mistura afetou a interação entre as moléculas de argônio e nitrogênio. Sua pesquisa indica que uma mistura com 1 % de O₂ é ideal para emissão sem cavidade, bidirecional e semelhante a laser.

Benefícios dos Lasers de Ar Livre

Esta tecnologia traz vários benefícios ao mercado. Primeiro, permite a criação de lasers com menos peças mecânicas. Losers de ar livre exigirão menos esforço técnico e de fabricação para serem produzidos. Esses custos menores resultarão em mais aplicações práticas.

Estabilidade

O uso de espelhos nos lasers atuais é uma das maiores fraquezas deles. Esses pequenos dispositivos precisam ser calibrados perfeitamente e alinhados para criar o feixe de luz esperado. Qualquer pequeno desvio da calibração original pode tornar o dispositivo inútil. À medida que o uso de lasers se expande para grandes aplicações comerciais e militares, há forte demanda por lasers com menos componentes móveis. Losers de Nitrogênio e Argônio são uma solução inteligente.

Leveza

Usar Argônio e Nitrogênio leves ajudará a reduzir o peso total dos lasers no futuro. Losers já são usados em muitos dispositivos microscópicos. Contudo, eles são limitados na escala de operação com base na capacidade dos fabricantes de miniaturizar os componentes centrais. Um sistema baseado em Argônio exigiria muito menos espaço e pesaria menos. Dessa forma, eles poderiam impulsionar viagens espaciais de próxima geração, nanotecnologia e muito mais.

Aplicações Potenciais

Existem muitas aplicações para esse novo estilo de luz laser. Desde monitoramento e varredura via sistemas LiDAR até o direcionamento de células cancerígenas, o mundo está pronto para lasers mais precisos e acessíveis. Aqui estão alguns casos de uso potenciais para esses dispositivos alimentados por Argônio.

Tecnologias de Sensoriamento Remoto

O caso de uso principal da tecnologia de laser de ar livre reverso é melhorar o sensoriamento remoto. Esses dispositivos poderiam tornar possível detectar as partículas de luz mais fracas enquanto interagem com a mistura de nitrogênio e argônio. Consequentemente, poderiam ajudar a criar painéis solares mais sensíveis, equipamentos de segurança e muito mais.

Saúde

Losers continuam a ser usados no campo médico, desde ferramentas cirúrgicas até a realização de exames cerebrais; esses dispositivos estão mudando a forma como a humanidade cura doenças e enfermidades. O uso de dispositivos de laser menores e menos complicados, alimentados por misturas de Argônio e Nitrogênio, poderia abrir portas para tratamentos com nanobots e outras opções de cuidados médicos que hoje parecem ficção científica.

Uso Militar

O setor militar tem experimentado lasers cada vez mais ao longo da última década. Eles veem esses dispositivos como uma alternativa de baixo custo ao disparo de mísseis guiados caros contra alvos. Suas preocupações aumentaram à medida que o uso de drones pequenos e baratos fez a maioria das grandes forças armadas correr atrás de alternativas de defesa aérea comparáveis em custo aos sistemas de mísseis dispendiosos.

Esta pesquisa poderia ser usada para criar lasers mais eficazes e poderosos que requerem menos energia para operar. No futuro, esses dispositivos poderiam ajudar a proteger soldados e civis contra ataques de drones e mísseis guiados. Eles também poderiam alertar sobre perigos iminentes, dando às pessoas mais tempo para buscar abrigo com seus entes queridos.

Pesquisadores

O estudo de Laser de Ar Livre com Nitrogênio e Argônio foi conduzido por uma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia Los Angeles (UCLA) e do Instituto Max Born. O autor principal do artigo é Zan Nie. Ele contou com a ajuda de equipes lideradas por Chan Joshi e Misha Ivanov, que também co‑autorizam o artigo.

Duas Empresas que Podem se Beneficiar da Pesquisa de Lasers de Ar Livre

Muitas empresas dependem de lasers para oferecer seus serviços ao mercado. Losers são usados quase em todo lugar, desde abrir portas automáticas até escanear mantimentos. É fácil esquecer o quanto o mundo depende dessa tecnologia. Aqui estão algumas empresas que têm posição de destaque no mercado e que poderiam integrar essa tecnologia no futuro para melhorar seus resultados.

1. Heico Corporation

HEI Gráfico de preços

Heico Corporation (HEI ) (HEI-A ) é uma empresa de fabricação de tecnologia aeroespacial baseada na Flórida que tem potencial para integrar essa descoberta tecnológica com grande efeito. A empresa oferece produtos em diversos setores, incluindo os setores médico, de telecomunicações, aeroespacial, defesa, espacial e eletrônico. Como tal, trata‑se de uma operação bem reconhecida que tem se mostrado um “hold” resiliente para os traders.

Heico Corporation opera uma enorme instalação de fabricação na Flórida que abrange o design, a produção, o reparo, a distribuição e a venda de seus diversos produtos em diferentes indústrias. A empresa tem se expandido continuamente após adquirir as divisões de Dispositivos de Entrega Aérea e Descenso da Capewell Aerial Systems. Essa manobra consolidou a Heico Corporation como um grande player nos mercados aeroespaciais.

Vários traders acreditam que a Heico Corporation vai voar alto, incluindo a Berkshire Hathaway (BRK.A ) (BRK-B ), o fundo de investimento de Warren Buffett. Notavelmente, a HEI tem uma capitalização de mercado de cerca de US$ 14 bilhões, que deve crescer à medida que a demanda por seus produtos aumenta.

2. Laser Photonics Corporation

LASE Gráfico de preços

Laser Photonics Corporation (LASE ) tem sua sede na Flórida e é reconhecida como uma potência inovadora em tecnologia laser. A empresa oferece ao mercado uma seleção de produtos baseados em laser, incluindo sistemas de limpeza a laser, plataformas de defesa, componentes de monitoramento de segurança e ferramentas de corte a laser de nível profissional. A Laser Photonics costuma aparecer na lista das principais empresas de tecnologia da Fortune 500 e está em operação há mais de 30 anos. A empresa firmou parcerias estratégicas ao longo do caminho, incluindo uma parceria com a Fastenal Company (FAST ) para fornecer produtos laser ao mercado.

O mais recente mecanismo de laser de ar livre pode beneficiar a Laser Photonics Corp nos próximos meses. A empresa poderia observar procedimentos de fabricação mais eficazes ao eliminar o processo demorado de calibrar cavidades laser para dispositivos. O compromisso da empresa com o sucesso e a inovação constante tornam a LASE uma adição inteligente a qualquer portfólio.

Lasers de Ar Livre são Apenas o Começo

Este estudo revela um novo mecanismo de conversão de energia via Argônio e Nitrogênio, ao mesmo tempo que abre a porta para outras tecnologias revolucionárias, como batimentos quânticos. Como tal, muitos acreditam que esta equipe merece muito mais reconhecimento por seu trabalho. Por enquanto, este grupo inovador de engenheiros está pronto para expandir seus testes e descobrir ainda mais detalhes sobre o processo de acoplamento radiativo que alimenta essas interações.

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