Une nouvelle étude sur le laser à ciel ouvert à l'azote et à l'argon pourrait changer la communauté laser

Une équipe de chercheurs de l'Université de Californie à 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.

Une équipe de chercheurs de l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA) et du Max Born Institute ont publié une étude démontrant l'utilisation de l'azote et de l'argon pour créer de la lumière laser. L’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, la principale façon dont les lasers fonctionnaient consistait à projeter un faisceau de lumière 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 entre les appareils. Cette action rebondissante amplifie l'intensité de cette lumière, créant le faisceau focalisé que vous voyez.

Lasers à ciel ouvert

Depuis le début de la recherche sur le laser, des ingénieurs cherchent 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 particules excitées par une lumière intense pour former une lumière laser. Jusqu'à récemment, ce concept scientifique n'était pas possible. Il semble cependant que les vents aient changé suite à la publication de cette récente étude.

Étude laser azote argon en plein air

L'étude se penche sur l'utilisation de mélanges d'azote et d'argon pour induire une émission laser sans cavité dans l'air atmosphérique. L'étude, publiée dans Physical Review Letters, présente le concept et un modèle de travail qui ont permis un transfert d'énergie médié par les photons entre N2 et Ar, entraînant une réponse de superfluorescence.

Les recherches de l'équipe portent sur de nombreux concepts différents, car l'air ambiant comporte différents composants susceptibles de produire une réponse superfluorescente. Pour vérifier que l'argon et l'azote étaient les composants actifs de la réponse, l'équipe devait surveiller le couplage des deux dans un environnement stable en oxygène. Les tests ont révélé des résultats intéressants, notamment des effets laser bidirectionnels, qui ont ouvert la porte à diverses 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. Ici, ils ont découvert une corrélation directe avec l'effet laser bidirectionnel.

Cet effet laser en cascade bidirectionnel a été testé en utilisant une variété de paramètres pour garantir que les détails de la conversion ont été 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 de 3 photons de 261 nm par des atomes d'Ar crée spécifiquement une émission de superfluorescence en cascade. Cette révélation était une découverte majeure car on ignorait auparavant qu'un mécanisme médié par les photons qui transfère l'énergie du N2 à l'Ar était une possibilité.

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

Résultats

L’étude montre des résultats prometteurs qui pourraient bouleverser la communauté laser. D’une part, l’équipe a 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 à ciel ouvert et 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. 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 en plein air

Cette technologie apporte plusieurs avantages au marché. D’une part, cela permet la création de lasers avec moins de pièces mécaniques. Les lasers à ciel ouvert nécessiteront moins de techniques et de fabrication pour être produits. Ces coûts inférieurs se traduiront par davantage d'applications de cas d'utilisation.

Stabilité

The use of mirrors in today's lasers is one of their greatest weaknesses. These tiny devices need to be calibrated perfectly and aligned to create the beam of light you expect. Any small deviation from the unit's original calibration can result in the device becoming useless. As the use of lasers continues to expand into large commercial and military applications, there is a strong demand for lasers with less moving components. Nitrogen Argon lasers are a smart solution.

Light Weight

Using lightweight Argon and Nitrogen will help reduce the overall weight of lasers moving forward. Lasers Are already in use on many microscopic devices. However, they are limited in the scale of operation based on the manufacturer's capabilities to shrink down the core components. An Argon-based system would require much less space and weigh less. As such, they could help power next-gen space travel, nanotech, and much more.

Potential use Applications

There are many applications for this new style of laser light. From monitoring and

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