Forskere utvikler ny metode for å produsere høyeffekts mellominfrarøde lasere

Nylig utviklet en gruppe forskere ledet av Nanyang Technological University of Singapore (NTU Singapore) en ny metode, som kan generere intenst ultraraskt laserlys, og forventes å lage nøyaktig utstyr som kan akselerere "sniffingen" av sporforurensninger og skadelige gasser.
For tiden har lasere i det infrarøde området evnen til å analysere et bredt spekter av stoffer i luften i løpet av få minutter, enten det er klimagasser, giftstoffer, eksplosiver eller gasser som er relevante for menneskers helse.
Av disse er kraftige mid-infrarøde lasere spesielt kritiske, og støtter svært sensitivt fjerndeteksjonsutstyr som trygt kan oppdage selv spormengder av stoffer som kan være vanskelig å oppdage under vanlige forhold.
Nåværende teknologier for produksjon av slike lasere står imidlertid overfor utfordringer. På den ene siden krever noen av metodene strenge laboratoriemiljøer som ikke tolererer noen form for forstyrrelser, som vibrasjoner, temperatur- eller fuktighetsvariasjoner, noe som begrenser deres anvendelse i virkelige miljøer. På den annen side, mens noen metoder er i stand til å generere laserlys i ustabile omgivelser, er intensiteten ikke sterk nok til å nøyaktig oppdage spormengder av stoffer.
Et forskerteam fra Nanyang Technological University i Singapore, ledet av adjunkt Chang Wonkeun, har med suksess løst utfordringene ovenfor ved å bruke en spesiell hulfiber og justere tykkelsen på dens indre struktur. Den nye metoden kan generere laserlys med høy lysstyrke i det mellom-infrarøde området uten å stole på et stabilt laboratoriemiljø.
Teknikken vår gir en ny måte å utvikle bærbare, effektive og raske midt-infrarøde lasere, sier prof. Chang. Disse laserne trenger ikke å betjenes i et strengt kontrollert miljø og kan derfor kombineres med detektorer og brukes direkte i felten. å teste og identifisere et bredt spekter av ukjente stoffer. Dette betyr at vi ikke lenger trenger å sende prøver til laboratorier for testing, selv for spormengder av stoffer, noe som sparer betydelig tid og ressurser."
Hulfiberteknologi, som lar mellominfrarøde lasere (bølgelengder på 2-20 mikron) demonstrere betydelige fordeler ved påvisning av stoffer. Mange molekyler har unike absorpsjonsegenskaper for lasere i det mellom-infrarøde området, noe som gjør disse laserne spesielt effektive til å identifisere ukjente stoffer. I tillegg kan den midt-infrarøde laseren gjenkjenne stoffer nøyaktig selv når vann er tilstede, uten forstyrrelser fra vannmolekyler.
Adjunkt Chang Wonkeun oppdaget gjennom datasimuleringer at ved å variere veggtykkelsen til hulfibermikrorør, er det mulig å konvertere nær-infrarøde lasere til høyeffekts midt-infrarøde lasere. De eksperimentelle resultatene viste at de lyktes i å lage mellominfrarøde lasere med en bølgelengde på 3-4 mikrometer og en toppeffekt på opptil megawatt, langt over en standard lyspære.
Prof. ssambastien fsamvrier ved University of Limoges kommenterte at Nanyang Technological University-teamets tilnærming er svært forskjellig fra det tradisjonelle komplekse ikke-lineære arrangementet og gir en ny måte å tenke på for å lage stabile midt-infrarøde lasere. I tillegg, siden hule fibre kan skjøtes med hverandre, åpner dette for muligheten for å produsere mellominfrarøde lasere uten bevegelige mekaniske deler.
Eksperimentelle data viser at de mellominfrarøde laserne som er laget av teamet er omtrent 1,000 ganger kraftigere enn eksisterende teknikker, og er kraftige nok til å oppdage sporstoffer over lange avstander. Prof. Chang bemerket videre: "Med slike høyintensitetslasere kan vi oppnå enestående følsomhet og forvente å bruke disse enhetene til å trygt oppdage spormengder av stoffer som er vanskelige å oppdage med konvensjonelle metoder. stoffer som er vanskelige å oppdage med konvensjonelle metoder."
Resultatene av denne forskningen gir ikke bare teknisk støtte for utvikling av mer nøyaktig miljøovervåkingsutstyr, men kan også spille en viktig rolle innen helseovervåking. For eksempel, ved å oppdage metannivåer i pusten, kan teknikken brukes til tidlig screening for tykktarmskreft.
Når vi ser fremover, planlegger forskerteamet å utvide bølgelengdeområdet til den midt-infrarøde laseren ytterligere for å forbedre dets deteksjonsevne. Ifølge adjunkt Zhang kan metoden teoretisk produsere midt-infrarøde lasere med bølgelengder opp til 10 mikrometer, noe som vil utvide bruken ytterligere innen områder som miljøovervåking og sikkerhetsdeteksjon.