Kuidas saada teada, milline on õhu koostis mõne korstna läheduses või kilomeetrite kõrgusel maapinnast, kui teil ei ole kasutada lennukeid, õhupalle või taevatreppi? Selgub, et õhumolekulid saab panna laserina kiirgama ja seda ka kauge maa tagant, laserivalguse neeldumise kaudu saab omakord teada atmosfääri koostise. Alexandre Laurain ja tema kolleegid Arizona ülikoolist on leidnud mooduse, kuidas seda teha 200 korda efektiivsemalt, kui varasemates katsetes.
Niimoodi muutub õhk laseriks: infrapunase laserivalgusega lõhutakse lämmastiku molekulid ja aatomid ergastatakse ultravalgusega (kaks ülemist pilti). Alumine pilt näitab olukorda, kus ergastatud aatomid relakseeruvad ja kiirgub valgus ja see registreeritakse detektoritega.
Ka täna on atmosfääri koostise uurimise seadmed täitsa olemas, neid nimetatakse LIDAR’iteks (LIght Detection And Rading). LIDAR ergastab valgusega mõne meetri kuni kilomeetri kaugusel olevaid aatomeid ja molekule ning mõõdab siis nendelt lähtuvat fluorestsentskiirgust. Sellise meetodi nõrkuseks on tagasituleva kiirguse intensiivsuse kiire kahanemine kauguse suurenedes, kuna ergastatud aatomid kiirgavad fluorestsentskiirgust kõigis suundades. Olukord oleks palju parem, kui aatomid ei kiirgaks valgust nagu hõõglamp vaid nagu laser, suunatult.
Optiliselt, st laseriga on õhu indutseeritud kiirgust suudetud tekitada juba rohkem kui kümme aastat. Õhulämmastikust laseri saamiseks on kõigepealt vaja lämmastiku molekulid aatomiteks lõhkuda (vt lisatud skeemi). Pärast seda on vaja aatomid ergastada sobivale energiatasemele, kust madalamatele energiatasemetele liikudes tekib indutseeritud kiirgus, st laserivalgus 
. Seni on mõlemaks eesmärgiks kasutatud ultravalgust kiirgavat laserit, mis on reguleeritud täpselt lainepikkusele 211nm, kusjuures selline täpne lainepikkuse valik on põhjustatud lämmastiku aatomi energiatasemete struktuurist. Aga see on väga kallis lahendus – sellisel lainepikkusega valguse saamine on keerukas ja raiskab väga palju energiat. Laurain ja kolleegid on näidanud, et palju parem on kasutada kaht laserit, üks kiirgab infrapunavalgust, millega lõhutakse molekule, teine kiirgab ultravalgust aatomite ergastamiseks. Protsessi on illustreeritud juuresoleval pildil. Katsed näitavad, et sarnase ultravalguse laseri võimsuse korral saadakse indutseeritud kiirguse intensiivsuse kahesajakordne suurenemine.
Esmastes katsetes suudeti “õhulaser” esile kutsuda 100 meetri kauguselt. Töö autorid valmistuvad tõestama, et seda suudetakse teha ka kilomeetri kauguselt.
Mida on meil sellest loost õppida:
- Oot-oot, võiksite te ütelda, laseril peab ometi olema kest ja koht, kuhu patareisid sisse panna … Tegelikkuses on nii, et entusiastid oskavad laserit ka kodus ehitada ja kõige lihtsam on teha just lämmastikul töötavat laserit. Selleks on vaja suure pingega elektriimpulssi – kui see juhtida läbi lämmastiku, siis tekib nähtus, mida nimetatakse superfluorestsentsiks ning õige elektroodide konfiguratsiooni korral hakkab õhk “laserdama” (ingl lasing). Kiiratud valgus ei ole küll koherentne, aga on suunatud ja võimendatud, nii et välja näeb see nagu laser. Ja selleks ei ole vaja ei resonaatorit ega mõnda kallist kristalli.
- Mõni uus asi on ka hästi unustatud vana – viites on ka toimetuse kommentaar, kus nad tunnistavad, et ei pannud enne artikli avaldamist tervet seeriat analoogilisi tulemusi kirjeldanud artiklit. Vahel juhtub ka parimatel …
- Käesoleva loo valguses peaks alljärgnev video teile üsna arusaadav olema – mis see on, mis õhus helendab? Kuidas see saadud on? Mõelge välja!
Leave a Reply