論文の概要: Bio-inspired natural sunlight-pumped lasers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2007.04314v2
• Date: Tue, 12 Oct 2021 09:34:24 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-10 23:32:55.004683
• Title: Bio-inspired natural sunlight-pumped lasers
• Title（参考訳）: バイオインスパイアされた自然光励起レーザー
• Authors: Francesco Mattiotti, William M. Brown, Nicola Piovella, Stefano Olivares, Erik M. Gauger and G. Luca Celardo
• Abstract要約: 本研究では,非濃縮自然光をコヒーレントレーザービームにアップグレードすることを目的とした,新しいタイプのレーザー用バイオインスピレーションブループリントを提案する。 ここで提案される設計原則は、他のバイオインスパイアされた量子デバイスを開発するための道を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Even though sunlight is by far the most abundant renewable energy source available to humanity, its dilute and variable nature has kept efficient ways to collect, store, and distribute this energy tantalisingly out of reach. Turning the incoherent energy supply provided by the Sun into a coherent laser beam would overcome several of the practical limitations inherent in using sunlight as a source of clean energy: laser beams travel nearly losslessly over large distances, and they are effective at driving chemical reactions which convert sunlight into chemical energy. Here we propose a bio-inspired blueprint for a novel type of laser with the aim of upgrading unconcentrated natural sunlight into a coherent laser beam. Our proposed design constitutes a novel and different path towards sunlight-pumped lasers. In order to achieve lasing with the extremely dilute power provided by natural sunlight, we here propose a laser medium comprised of molecular aggregates inspired by the architecture of natural photosynthetic complexes. Such complexes exhibit a very large internal efficiency in harvesting photons from a power source as dilute as natural sunlight. Specifically, we consider a hybrid structure, where photosynthetic complexes in purple bacteria (Rhodobacter sphaeroides) surround a suitably engineered molecular dimer composed of two strongly coupled chromophores. We show that if pumped by the surrounding photosynthetic complex, which efficiently collects and concentrates solar energy, the core dimer structure can reach population inversion, and reach the lasing threshold under natural sunlight. The design principles proposed here will also pave the way for developing other bio-inspired quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 太陽光は人類にとって最も豊富な再生可能エネルギー源であるが、その希薄で可変的な性質は、このエネルギーを収集、貯蔵、流通するための効率的な方法を維持してきた。 太陽から供給される非コヒーレントなエネルギー供給をコヒーレントなレーザービームに変えることは、太陽光をクリーンエネルギーの源として使用する際の実際的な制限を克服する。 そこで本研究では, 集光しない自然光をコヒーレントレーザービームにアップグレードすることを目的とした, 新規レーザー用バイオインスパイアブループリントを提案する。 提案する設計は, 太陽光励起レーザーに対する新しい, 異なる経路を構成する。 そこで本研究では, 天然光合成錯体の構造に着想を得た分子集合体からなるレーザー媒体を提案する。 このような錯体は、自然の日光のように希薄な電源から光子を収穫する際の非常に大きな内部効率を示す。 具体的には、紫細菌(Rhodobacter sphaeroides)の光合成錯体が、2つの強く結合したクロロフォアからなる分子二量体を取り囲むハイブリッド構造を考える。 太陽エネルギーを効率的に収集し集中する周辺の光合成複合体によって励起されると、コアダイマー構造は人口反転に到達し、自然日光の下で発散しきい値に達する。 ここで提案される設計原則は、他のバイオインスパイアされた量子デバイスを開発するための道を開く。

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