새로운 질소-아르곤 야외 레이저 연구로 레이저 커뮤니티가 바뀔 수 있음

캘리포니아 대학교 로스앤젤레스(UCLA)와 Max Born Institute의 연구진은 질소와 아르곤을 사용하여 레이저 광을 생성하는 방법을 보여주는 연구 결과를 발표했습니다.

A team of researchers from the University of California Los Angeles (UCLA) and the Max Born Institute have published a study demonstrating the use of Nitrogen and Argon to create laser light. The study builds on decades of research into the field of creating open-air lasers, which could one day help to improve sensors, robotics, and much more.

캘리포니아 대학교 로스앤젤레스(UCLA)와 Max Born Institute의 연구진은 질소와 아르곤을 사용하여 레이저 광을 생성하는 방법을 보여주는 연구 결과를 발표했습니다. 이 연구는 언젠가 센서, 로봇 공학 등을 개선하는 데 도움이 될 수 있는 야외 레이저 생성 분야에 대한 수십 년 간의 연구를 기반으로 합니다.

Here's what you need to know.

당신이 알아야 할 사항은 다음과 같습니다.

Laser Tech

레이저 기술

For decades, the primary way lasers operated was by shooting a beam of light through an optical cavity at a pair of mirrors. These mirrors are constructed and angled in a manner that enables the light to be bounced back and forth between the devices. This bouncing action amplifies the intensity of that light, creating the focused beam you see.

수십 년 동안 레이저가 작동하는 주요 방식은 광학 공동을 통해 한 쌍의 거울에 광선을 쏘는 것이었습니다. 이러한 거울은 빛이 장치 사이에서 앞뒤로 반사될 수 있도록 구성되고 각도가 지정됩니다. 이 튀는 동작은 빛의 강도를 증폭시켜 눈에 보이는 집중된 광선을 생성합니다.

Open-Air Lasers

야외 레이저

Since the beginning of laser research, there have been engineers seeking to create laser light without the use of amplification cavities and mirrors. Within this research, there is a subsection of engineers who seek to create open-air lasers. These devices utilize interactions between particles excited by intense light to form laser light. Until recently, this scientific concept was not possible. However, it appears that the tides have changed following the publication of this recent study.

레이저 연구가 시작된 이래로 증폭 공동과 거울을 사용하지 않고 레이저 빛을 생성하려는 엔지니어들이 있었습니다. 이 연구에는 야외 레이저를 만들려는 엔지니어의 하위 섹션이 있습니다. 이러한 장치는 강렬한 빛에 의해 여기된 입자 간의 상호 작용을 활용하여 레이저 광을 형성합니다. 최근까지 이러한 과학적 개념은 불가능했습니다. 그러나 최근 연구 결과가 발표된 이후 흐름이 달라진 것으로 보인다.

Nitrogen Argon Open-Air Laser Study

질소 아르곤 야외 레이저 연구

The study delves into using Nitrogen and Argon mixtures to induce cavity-free lasing in atmospheric air. The study, published in Physical Review Letters, introduces the concept and a working model that accomplished photon-mediated energy transference between N2 and Ar, resulting in a superfluorescence response.

이 연구에서는 대기에서 공동 없는 레이저 발생을 유도하기 위해 질소와 아르곤 혼합물을 사용하는 방법을 탐구합니다. Physical Review Letters에 발표된 이 연구는 N2와 Ar 사이의 광자 매개 에너지 전달을 달성하여 초형광 반응을 일으키는 개념과 작업 모델을 소개합니다.

The team's research looks at many different concepts, as ambient air has different components that could make a superfluorescent response. To verify that Argon and Nitrogen were the active components in the response, the team needed to monitor the coupling of the two in an oxygen-stable environment. The tests revealed some interesting results, including bidirectional lasing effects, which opened the door for a variety of new scientific experiments to begin.

주변 공기에는 초형광 반응을 일으킬 수 있는 다양한 구성 요소가 있기 때문에 팀의 연구에서는 다양한 개념을 살펴봅니다. 아르곤과 질소가 반응의 활성 구성 요소인지 확인하기 위해 팀은 산소가 안정적인 환경에서 두 가지의 결합을 모니터링해야 했습니다. 테스트에서는 다양한 새로운 과학 실험이 시작될 수 있는 문을 열어준 양방향 레이저 효과를 포함하여 몇 가지 흥미로운 결과가 밝혀졌습니다.

Open-Air Lasers – Testing

야외 레이저 – 테스트

The testing started with engineers using a 261 nm pump laser to excite the gases. The goal was to gain a deeper understanding of why the mixture of argon undergoes a reduction in ionization rate. This test led to the engineers focusing on the 3-photon resonant absorption of 261 nm photons in Ar. Here they discovered a direct correlation with the bidirectional lasing effect.

테스트는 가스를 여기시키기 위해 261 nm 펌프 레이저를 사용하는 엔지니어들과 함께 시작되었습니다. 목표는 아르곤 혼합물이 이온화 속도가 감소하는 이유를 더 깊이 이해하는 것이었습니다. 이 테스트를 통해 엔지니어들은 Ar에서 261nm 광자의 3광자 공명 흡수에 집중하게 되었습니다. 여기서 그들은 양방향 레이저 효과와 직접적인 상관관계를 발견했습니다.

This bidirectional cascading lasing effect was tested using a variety of parameters to ensure the details of the conversion were recorded. The test revealed that mixing nitrogen with argon created the desired response, whereas other mixtures didn’t produce any bidirectional laser light pulse. Zooming in revealed that 3-photon absorption of 261 nm photons by Ar atoms specifically creates emission of cascaded superfluorescence. This revelation was a major discovery as it was previously unknown that a photon-mediated mechanism that transfers energy from N2 to Ar was a possibility.

이 양방향 계단식 레이저 효과는 변환 세부 사항이 기록되었는지 확인하기 위해 다양한 매개 변수를 사용하여 테스트되었습니다. 테스트 결과, 질소와 아르곤을 혼합하면 원하는 반응이 생성되는 반면, 다른 혼합물에서는 양방향 레이저 광 펄스가 생성되지 않는 것으로 나타났습니다. 확대해 보면 Ar 원자에 의한 261nm 광자의 3광자 흡수가 특히 계단식 초형광 방출을 생성한다는 것이 밝혀졌습니다. N2에서 Ar로 에너지를 전달하는 광자 매개 메커니즘이 가능하다는 것이 이전에는 알려지지 않았기 때문에 이 발견은 중요한 발견이었습니다.

The next steps began with frequency testing. Researchers shifted through different frequencies until they noticed that nitrogen molecules exhibit nonlinear-3-photon absorption in an electronically excited state when exposed for 261 nm to Argon resonating at a slightly different frequency. This data was then gathered to be used to create new formulas to model future experiments.

다음 단계는 주파수 테스트로 시작되었습니다. 연구자들은 약간 다른 주파수에서 공명하는 아르곤에 261nm 동안 노출되었을 때 질소 분자가 전자적으로 여기된 상태에서 비선형 3광자 흡수를 나타내는 것을 발견할 때까지 다른 주파수를 사용했습니다. 그런 다음 이 데이터를 수집하여 향후 실험을 모델링하기 위한 새로운 공식을 만드는 데 사용했습니다.

Results

결과

The study shows some promising results that could upend the laser community. For one, the team successfully produced bidirectional cascaded lasting effects in atmospheric air. Specifically, the engineers were able to create two colored, bidirectional lasings via an open-air cavity-free setup.

이 연구는 레이저 커뮤니티를 뒤흔들 수 있는 몇 가지 유망한 결과를 보여줍니다. 우선, 팀은 대기에서 양방향 계단식 지속 효과를 성공적으로 생성했습니다. 특히 엔지니어들은 캐비티가 없는 개방형 설정을 통해 두 가지 색상의 양방향 레이저를 생성할 수 있었습니다.

The research also sheds light on some unexpected discoveries. For one, the team noticed that the amount of oxygen used during the mixture affected the interaction between the argon and nitrogen molecules. Their research shows that a 1% O2 mixture is ideal for cavity-free, bidirectional, and laser-like emission.

이 연구는 또한 몇 가지 예상치 못한 발견에 대해서도 밝혀줍니다. 우선, 팀은 혼합물 중에 사용되는 산소의 양이 아르곤과 질소 분자 사이의 상호 작용에 영향을 미친다는 사실을 발견했습니다. 그들의 연구에 따르면 1% O2 혼합물은 공동이 없는 양방향 레이저 유사 방출에 이상적입니다.

Open-Air Laser Benefits

야외 레이저의 장점

This technology brings several benefits to the market. For one, it enables the creation of lasers with less mechanical parts. Open-air lasers will require less technical and manufacturing to produce. These lower costs will result in more use-case applications.

이 기술은 시장에 여러 가지 이점을 제공합니다. 우선, 기계 부품을 적게 사용하여 레이저를 만들 수 있습니다. 야외 레이저는 생산하는 데 기술과 제조가 덜 필요합니다. 이러한 낮은 비용으로 인해 더 많은 사용 사례가 적용됩니다.

Stability

안정

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.

오늘날의 레이저에서 거울을 사용하는 것은 레이저의 가장 큰 약점 중 하나입니다. 이 작은 장치는 사용자가 기대하는 빛의 광선을 생성하기 위해 완벽하게 보정되고 정렬되어야 합니다. 장치의 원래 보정에서 조금만 벗어나면 장치가 쓸모 없게 될 수 있습니다. 레이저의 사용이 대규모 상업 및 군사 응용 분야로 계속 확장됨에 따라 움직이는 구성 요소가 적은 레이저에 대한 수요가 커지고 있습니다. 질소 아르곤 레이저는 스마트 솔루션입니다.

Light Weight

경량

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.

경량 아르곤과 질소를 사용하면 앞으로 나아가는 레이저의 전체 무게를 줄이는 데 도움이 됩니다. 레이저는 이미 많은 미세한 장치에서 사용되고 있습니다. 그러나 핵심 부품을 축소하는 제조업체의 역량에 따라 운영 규모가 제한됩니다. 아르곤 기반 시스템은 훨씬 더 적은 공간을 필요로 하고 무게도 더 가볍습니다. 따라서 차세대 우주 여행, 나노 기술 등을 강화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

Potential use Applications

잠재적인 용도

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

이 새로운 스타일의 레이저 광에는 다양한 응용 분야가 있습니다. 모니터링부터