이온성 액체의 좋은 진동으로 쉽게 레이저 색상 변경

[아름이]

이온성 액체의 좋은 진동으로 쉽게 레이저 색상 변경
방법은 과학, 산업 및 의학 분야의 적용을 위해 레이저 색상을 이동시키는 접근 방식을 제공합니다.
날짜:
2023년 1월 19일
원천:
DOE/브룩헤이븐 국립 연구소
요약:
특정 작업에 적합한 특성을 가진 모든 레이저 색상을 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 이를 해결하기 위해 과학자들은 레이저 빛의 한 색상을 다른 색상으로 변환하는 다양한 방법을 찾았습니다. 새로운 연구에서 과학자들은 간단하고 효율적이며 사용자 정의가 가능한 새로운 색상 이동 전략을 시연합니다.

레이저는 강렬한 유색 광선입니다. 색상 및 기타 속성에 따라 식료품을 스캔하고, 금속을 절단하고, 종양을 근절하고, 핵융합을 유발할 수도 있습니다. 그러나 특정 작업에 적합한 특성을 가진 모든 레이저 색상을 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 이를 해결하기 위해 과학자들은 레이저 빛의 한 색상을 다른 색상으로 변환하는 다양한 방법을 찾았습니다. Physical Review Applied 저널에 방금 발표된 연구 에서 미국 에너지부(DOE) Brookhaven 국립 연구소의 과학자들은 간단하고 효율적이며 사용자 정의가 가능한 새로운 색상 전환 전략을 시연했습니다.

새로운 방법은 "이온성 액체"라고 불리는 물질의 화학 결합에서 레이저와 진동 에너지 사이의 상호 작용에 의존합니다. 이러한 액체는 일반 식탁용 소금과 같이 양전하 및 음전하를 띤 이온으로만 만들어지지만 상온에서 점성 유체처럼 흐릅니다. 특정 이온성 액체로 채워진 튜브를 통해 단순히 레이저를 비추면 레이저 빔의 다른 중요한 특성을 유지하면서 레이저 에너지를 낮추고 색상을 변경할 수 있습니다.

"특정 진동 주파수를 가진 특정 이온을 추가함으로써 우리는 그 진동 주파수만큼 레이저 광을 이동시키는 액체를 설계할 수 있습니다."라고 이온 액체 전문가이자 논문의 공동 저자인 Brookhaven Lab 화학자 James Wishart가 말했습니다. "그리고 다른 색상을 원하면 하나의 이온을 교체하고 진동 주파수가 다른 다른 이온을 넣을 수 있습니다. 구성 요소 이온을 혼합하여 필요에 따라 레이저 색상을 다른 정도로 이동할 수 있습니다."

이 논문은 녹색 레이저 광에서 오렌지색으로의 전환을 포함하여 다른 방법으로는 생성하기 어려웠던 색상 변화를 달성하기 위해 방법을 사용하는 방법을 설명합니다.

레이저에 좋은 느낌을 주기

이 아이디어는 Brookhaven Lab의 가속기 테스트 시설(ATF)에서 고유한 고출력 이산화탄소(CO 2 ) 레이저의 기능을 향상시키는 프로젝트에서 비롯되었습니다. 과학자들은 DOE Office of Science 사용자 시설인 ATF를 사용하여 레이저 에너지 입자 가속기에서 작고 밝은 X선 소스에 이르는 혁신적인 개념을 탐구합니다.

"ATF의 CO 2 레이저는 세계에서 유일한 초단파 펄스 장파장 레이저입니다. 다른 곳에서는 할 수 없는 실험이 그곳에서 할 수 있습니다. ATF 동료. "이 레이저를 일반적으로 사용되는 전기 방전에서 광 여기로 펌핑하는 방법을 대체하면 빔 품질과 반복 속도가 향상되어 더 나은 실험이 가능합니다."

광학 펌핑에 적합한 파장(일명 색상)을 가진 레이저를 생성하기 위해 과학자들은 기존 레이저의 파장을 이동시키려고 했습니다. 그들은 고체, 액체 또는 기체에서 분자의 진동 주파수를 이용하는 자극 라만 산란의 일반적인 접근 방식을 선택했습니다.

"기본적으로 레이저는 물질을 구성하는 화학 결합이 눌리고 늘어나는 분자 진동에 에너지를 축적합니다. 그런 다음 나오는 광자(빛의 입자)는 원래 에너지에서 진동 에너지를 뺀 값을 갖습니다." 쿠퍼가 말했다. 저에너지 광자는 더 긴 파장, 즉 다른 색상을 가집니다.

가스에서는 단일 분자를 다루기 때문에 프로세스가 매우 간단합니다. 그러나 이러한 분자는 진동 주파수가 제한되어 있어 이동 유형이 제한됩니다. 확산 기체 분자는 산란 효율이 낮다는 것을 의미합니다. 분자가 더 밀집된 고체는 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 더 복잡한 진동 주파수는 원하는 특성을 가진 그러한 재료를 성장시키는 방법을 복잡하게 하므로 이러한 재료를 만드는 데 비용이 많이 듭니다.

"액체는 그 중간 어딘가에 있습니다."라고 Wishart는 말했습니다. "여전히 단일 분자를 다루고 있지만 밀도가 높아 가스보다 효율성이 높습니다. 이온성 액체를 사용하면 필요한 주파수를 제공하도록 분자를 조작할 수 있습니다."

광학적으로 투명한 이온성 액체는 또한 빛의 배경 흡수를 쉽게 피할 수 있게 하며 높은 점도는 물과 같은 저점도 액체에서 색상 이동 효과와 경쟁하고 이를 감소시키는 음파의 레이저 산란을 방지합니다.

과학자들은 CO 2 레이저 를 펌핑하기 위한 이상적인 이온성 액체를 선택하기 위해 노력하면서 이온성 액체를 사용하는 색 이동 접근 방식이 훨씬 더 매력적이라는 것을 깨달았습니다. 논문에서 그들은 애매한 녹색에서 주황색으로의 변화를 포함하여 추가 색상 변화에 사용하는 것을 설명합니다.

"라만 시프트를 수행하는 데는 많은 어려운 방법이 있습니다. 하지만 이 경우에는 적절하게 선택된 이온성 액체로 튜브를 채우고 한쪽 끝에서 레이저를 쏘았으며 우리가 원하는 색상을 얻었습니다. 튜닝"이라고 Wishart는 말했습니다.

Kupfer는 "이러한 색 이동을 달성하기 위한 다른 방법은 복잡한 광학 설정이나 용매에 용해된 염료와 같은 독성 물질의 사용을 필요로 합니다."라고 말했습니다. "또한 이러한 다른 프로세스는 분자를 '파괴'합니다. 분자는 마모되어 교체해야 합니다. 우리의 경우 대차대조표입니다. 분자는 손상되지 않은 상태로 유지됩니다."

위샤트는 “분자를 흔들기는 하지만 깨지지는 않는다”고 동의했다.

과학자들은 프로세스를 최적화할 수 있는 다양한 개선 사항이 있지만 전반적으로 주문 제작된 이온성 액체는 수많은 산업 및 기술 목적을 위한 효율적이고 단순하며 조정이 필요 없는 레이저 색상 이동을 위한 플랫폼이라고 말합니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/