A tudósok új módszert dolgoztak ki a nagy teljesítményű közép-infravörös lézerek előállítására

A közelmúltban a Nanyang Technological University of Singapore (NTU Singapore) által vezetett tudóscsoport új módszert dolgozott ki, amely intenzív ultragyors lézerfényt képes generálni, és várhatóan olyan pontos berendezést hoz létre, amely felgyorsítja a nyomokban lévő szennyezőanyagok "szippantását". és káros gázok.
Jelenleg az infravörös tartományban működő lézerek a levegőben lévő anyagok széles skáláját képesek néhány perc alatt elemezni, legyen szó üvegházhatású gázokról, méreganyagokról, robbanóanyagokról vagy az emberi egészség szempontjából fontos gázokról.
Ezek közül különösen kritikusak a nagy teljesítményű közép-infravörös lézerek, amelyek támogatják a rendkívül érzékeny távérzékelő berendezéseket, amelyek biztonságosan képesek kimutatni olyan anyagokat is, amelyek normál körülmények között nehezen észlelhetők.
Az ilyen lézerek gyártásának jelenlegi technológiái azonban kihívásokkal néznek szembe. Egyrészt bizonyos módszerek szigorú laboratóriumi környezetet igényelnek, amely nem tolerál semmilyen interferenciát, például rezgést, hőmérséklet- vagy páratartalom-ingadozást, ami korlátozza alkalmazásukat valós környezetben. Másrészt, bár egyes módszerek instabil környezetben is képesek lézerfényt generálni, az intenzitás nem elég erős a nyomokban lévő anyagok pontos kimutatásához.
A szingapúri Nanyang Technological University kutatócsoportja Chang Wonkeun adjunktus vezetésével egy speciális üreges szál felhasználásával és a belső szerkezet vastagságának beállításával sikeresen megoldotta a fenti kihívásokat. Az új módszerrel nagy fényerejű lézerfény állítható elő a közép-infravörös tartományban anélkül, hogy stabil laboratóriumi környezetre támaszkodna.
Technológiánk új módot kínál a hordozható, hatékony és gyors közép-infravörös lézerek fejlesztésére" – mondta Chang professzor. Ezeket a lézereket nem kell szigorúan ellenőrzött környezetben üzemeltetni, ezért detektorokkal kombinálhatók és közvetlenül a terepen használhatók. az ismeretlen anyagok széles körének tesztelésére és azonosítására, ami azt jelenti, hogy már nyomokban sem kell mintákat küldenünk a laboratóriumokba, így jelentős időt és erőforrásokat takaríthatunk meg.
Üregesszálas technológia, amely lehetővé teszi a közép-infravörös lézerek (2-20 mikron hullámhosszúságú) számára, hogy jelentős előnyöket mutassanak be az anyagok észlelésekor. Számos molekula egyedi abszorpciós tulajdonságokkal rendelkezik a közép-infravörös tartományban lévő lézereknél, így ezek a lézerek különösen hatékonyak az ismeretlen anyagok azonosításában. Ezenkívül a közép-infravörös lézer pontosan képes felismerni az anyagokat még akkor is, ha víz van jelen, a vízmolekulák által okozott interferencia nélkül.
Chang Wonkeun adjunktus számítógépes szimulációkkal fedezte fel, hogy az üreges szálas mikrocsövek falvastagságának változtatásával lehetséges a közeli infravörös lézereket nagy teljesítményű közép-infravörös lézerekké alakítani. A kísérleti eredmények azt mutatták, hogy sikerült olyan közép-infravörös lézereket létrehozniuk, amelyek hullámhossza 3-4 mikrométer, és csúcsteljesítménye akár megawatt is lehet, ami messze meghaladja a szabványos izzóét.
Prof. ssambastien fsamvrier, a Limoges-i Egyetem munkatársa megjegyezte, hogy a Nanyang Technological University csapatának megközelítése nagyon eltér a hagyományos komplex nemlineáris elrendezéstől, és új gondolkodásmódot biztosít a stabil közép-infravörös lézerek gyártásához. Ezen túlmenően, mivel az üreges szálak összeilleszthetők egymással, ez lehetővé teszi a közép-infravörös lézerek mozgó mechanikai alkatrészek nélküli előállítását.
Kísérleti adatok azt mutatják, hogy a csapat által gyártott közép-infravörös lézerek körülbelül 1,{2}}-szer erősebbek, mint a meglévő technikák, és elég erősek ahhoz, hogy nagy távolságból is kimutatják a nyomokban lévő anyagokat.Prof. Chang továbbá megjegyezte: "Ilyen nagy intenzitású lézerekkel példátlan érzékenységet érhetünk el, és arra számíthatunk, hogy ezekkel az eszközökkel biztonságosan kimutathatjuk nyomokban olyan anyagokat, amelyeket a hagyományos módszerekkel nehéz kimutatni. Olyan anyagokat, amelyeket a hagyományos módszerekkel nehéz kimutatni."
A kutatás eredményei nemcsak a pontosabb környezetmonitoring berendezések kifejlesztéséhez nyújtanak technikai támogatást, hanem az egészségügyi monitoring területén is fontos szerepet játszhatnak. Például a lehelet metánszintjének kimutatásával a technika felhasználható a vastagbélrák korai szűrésére.
A jövőre nézve a kutatócsoport azt tervezi, hogy tovább bővíti a közép-infravörös lézer hullámhossz-tartományát, hogy javítsa annak észlelési képességét. Zhang adjunktus szerint a módszer elméletileg akár 10 mikrométeres hullámhosszú közép-infravörös lézereket is képes előállítani, ami tovább bővíti alkalmazását olyan területeken, mint a környezeti megfigyelés és a biztonsági észlelés.