Da bi proizveli svetlost, laseri se obično oslanjaju na optičke šupljine, parove ogledala okrenutih jedno prema drugom koji pojačavaju svetlost odbijajući je napred-nazad. Nedavno su neki fizičari istraživali stvaranje „laserske svetlosti“ na otvorenom bez upotrebe optičkih šupljina, što je fenomen poznat kao laseriranje bez šupljina u atmosferskom vazduhu.
Istraživači sa Univerziteta Kalifornije u Los Anđelesu (UCLA) i Instituta Maks Born nedavno su otkrili fizički mehanizam koji dovodi do ovog fenomena. Ovaj mehanizam, prikazan u radu u Phisical Reviev Letters , sastoji se od fotona posredovanog prenosa energije sa azota (N 2 ) na argon (Ar).
„Primijetili smo da se činilo da postoji ranije nepoznato smanjenje brzine jonizacije Ar u režimu jonizacije visokog polja (koristeći laser pumpe od 261 nm) u poređenju sa onim što je predviđeno PPT teorijom ili vremenski zavisnom Šredingerovom jednačinom“, Chan Joshi , koautor rada, rekao je za Phis.org. „Želeli smo da saznamo da li 3-fotonska rezonantna apsorpcija fotona od 261 nm u Ar možda igra ulogu u smanjenju.“
Nedavna studija Joshijevih kolega nadovezuje se na prethodne eksperimentalne napore tima. Prilikom sprovođenja svojih novih eksperimenata, tim je primetio da je trofotonska apsorpcija fotona od 261 nm od strane atoma Ar praćena emisijom kaskadne superfluorescencije, posebno dvosmernom i laserskom emisijom bez šupljina.
„Dalje, neočekivano smo otkrili da je kaskadna superfluorescencija promenila talasne dužine ako smo koristili vazduh koji sadrži 1% Ar“, rekao je Zan Nie, glavni autor rada. „Dalje istraživanje ovog čudnog efekta otkrilo je novi mehanizam vazdušnog lasera koji olakšava prenos energije zračenja sa azota na Ar.“
Utvrđeno je da novi mehanizam koji su otkrili Džoši i njegove kolege omogućava dvosmerno, dvobojno, kaskadno laserstvo u atmosferskom vazduhu. Ovaj mehanizam bi tako mogao da otvori nove puteve za generisanje povratnog vazdušnog lasera, što je bio dugogodišnji cilj istraživanja unutar zajednice fizike.
„Pošto ambijentalni vazduh ima različite komponente, istražili smo ovaj problem tako što smo prvo mešali argon sa različitim komponentama ambijentalnog vazduha, na primer, najzastupljenije i druge komponente: azot i kiseonik“, objasnio je Džoši. „Ispostavilo se da je mešanje azota sa argonom pokazalo iste rezultate kao korišćenje ambijentalnog vazduha dok mešanje drugih gasova poput kiseonika ili helijuma nije pokazalo iste rezultate. Stoga, ovim eksperimentom poređenja možemo zaključiti da je poreklo vazdušnog lasera nastao je zbog sprege između argona i azota.“
Džoši i njegove kolege su takođe pokazali da molekuli N 2 u elektronski pobuđenom stanju pokazuju nelinearnu apsorpciju 3-fotona za 261 nm na blago pomerenim frekvencijama od Ar. Ovaj pomak služi kao gornje uzbuđeno stanje za kaskadnu superfluorescenciju koju je tim primetio. U svom radu, istraživači uvode teorijski model koji objašnjava superfluorescenciju i njene osnovne mehanizme.
„Potraga za efikasnim laserom bez šupljina na otvorenom traje više od jedne decenije“, rekao je Miša Ivanov, koautor rada. „Ključni – i prilično izazovan – cilj je postizanje lasera u oba smera. To jest, želite da ispalite laser u vazduh i da dobijete vazduh da vam uzvrati rafal svetlosti sličan laseru. Ovo bi bilo veoma korisno za daljinsko detektovanje, ali je jednostavno zapanjujuće cool.“
Ova nedavna studija Niea, Ivanova, Joshija i njihovih kolega otkrila je ranije nepoznati mehanizam posredovan fotonima koji prenosi energiju sa N 2 na Ar, što na kraju omogućava dvosmerno kaskadno laseriranje u atmosferskom vazduhu. U budućnosti, ovaj mehanizam bi se mogao iskoristiti za realizaciju povratnog vazdušnog lasera, što bi moglo otvoriti nove mogućnosti za razvoj tehnologija daljinskog otkrivanja.
„Naš plan za buduća istraživanja je da dalje istražujemo detaljnu fiziku ovog mehanizma, kao što je kvantno udaranje“, dodao je Nie. „Jednostavno rečeno, istovremeno pobuđivanje više nivoa u Ar proizvodi vremenski zavisne oscilacije gustine naelektrisanja. Ove frekvencije ovih oscilacija mogu otkriti postojanje prethodno nepoznatih nivoa ne samo Ar, već i vibraciono-rotacionih nivoa azota koji su važni u proces radijacionog sprega.
„Takođe imamo ideje za povećanje efikasnosti laserskog lasera unazad kako bismo promovisali ovu tehniku bliže stvarnim primenama daljinskog detekcije.“
