Forskere udvikler ny metode til at udsende højeffekts melleminfrarøde lasere

For nylig udviklede en gruppe forskere ledet af Nanyang Technological University of Singapore (NTU Singapore) en ny metode, som kan generere intenst ultrahurtigt laserlys og forventes at skabe præcist udstyr, der kan accelerere "sniffningen" af sporforurenende stoffer og skadelige gasser.
I øjeblikket har lasere i det infrarøde område evnen til at analysere en lang række stoffer i luften i løbet af få minutter, uanset om det er drivhusgasser, toksiner, sprængstoffer eller gasser, der er relevante for menneskers sundhed.
Af disse er højtydende mid-infrarøde lasere særligt kritiske, og de understøtter meget følsomt fjerndetektionsudstyr, der sikkert kan detektere selv spormængder af stoffer, der kan være vanskelige at opdage under almindelige forhold.
Men de nuværende teknologier til fremstilling af sådanne lasere står over for udfordringer. På den ene side kræver nogle af metoderne strenge laboratoriemiljøer, der ikke tolererer nogen form for interferens, såsom vibrationer, temperatur- eller luftfugtighedsvariationer, hvilket begrænser deres anvendelse i virkelige miljøer. På den anden side, mens nogle metoder er i stand til at generere laserlys i ustabile miljøer, er intensiteten ikke stærk nok til nøjagtigt at detektere spormængder af stoffer.
Et forskerhold fra Nanyang Technological University i Singapore, ledet af adjunkt Chang Wonkeun, har med succes løst ovenstående udfordringer ved at bruge en speciel hulfiber og justere tykkelsen af ​​dens indre struktur. Den nye metode kan generere laserlys med høj lysstyrke i det mellem-infrarøde område uden at være afhængig af et stabilt laboratoriemiljø.
Vores teknik giver en ny måde at udvikle bærbare, effektive og hurtige mid-infrarøde lasere," sagde prof. Chang. Disse lasere behøver ikke at blive betjent i et strengt kontrolleret miljø og kan derfor kombineres med detektorer og bruges direkte i marken. at teste og identificere en lang række ukendte stoffer. Det betyder, at vi ikke længere behøver at sende prøver til laboratorier til test, selv for spormængder af stoffer, hvilket sparer betydelig tid og ressourcer."
Hulfiberteknologi, som gør det muligt for mid-infrarøde lasere (bølgelængder på 2-20 mikron) at demonstrere betydelige fordele ved detektering af stoffer. Mange molekyler har unikke absorptionsegenskaber for lasere i det mellem-infrarøde område, hvilket gør disse lasere særligt effektive til at identificere ukendte stoffer. Derudover kan den midt-infrarøde laser nøjagtigt genkende stoffer, selv når der er vand til stede, uden interferens fra vandmolekyler.
Adjunkt Chang Wonkeun opdagede gennem computersimuleringer, at ved at variere vægtykkelsen af ​​hule fibermikrorør, er det muligt at konvertere nær-infrarøde lasere til høj-effekt mid-infrarøde lasere. De eksperimentelle resultater viste, at det lykkedes dem at skabe melleminfrarøde lasere med en bølgelængde på 3-4 mikrometer og en spidseffekt på op til megawatt, der langt oversteg en standardpæres.
Prof. ssambastien fsamvrier fra University of Limoges kommenterede, at Nanyang Technological University-teamets tilgang er meget forskellig fra det traditionelle komplekse ikke-lineære arrangement og giver en ny måde at tænke på til fremstilling af stabile mid-infrarøde lasere. Da hule fibre desuden kan splejses med hinanden, åbner dette mulighed for at producere melleminfrarøde lasere uden bevægelige mekaniske dele.
Eksperimentelle data viser, at de mellem-infrarøde lasere, der er fremstillet af teamet, er omkring 1,000 gange stærkere end eksisterende teknikker og er kraftige nok til at detektere sporstoffer over lange afstande. Prof. Chang bemærkede yderligere: "Med sådanne højintensitetslasere kan vi opnå en hidtil uset følsomhed og forvente at bruge disse enheder til sikkert at detektere spormængder af stoffer, som er svære at påvise med konventionelle metoder. Stoffer, der er svære at påvise ved konventionelle metoder."
Resultaterne af denne forskning giver ikke kun teknisk støtte til udvikling af mere nøjagtigt miljøovervågningsudstyr, men kan også spille en vigtig rolle inden for sundhedsovervågning. For eksempel ved at påvise metanniveauer i åndedrættet, kunne teknikken bruges til tidlig screening for tyktarmskræft.
Når vi ser fremad, planlægger forskerholdet yderligere at udvide bølgelængdeområdet for den mellem-infrarøde laser for at forbedre dens detektionsevne. Ifølge adjunkt Zhang kan metoden teoretisk producere melleminfrarøde lasere med bølgelængder op til 10 mikrometer, hvilket vil udvide dens anvendelse yderligere inden for områder som miljøovervågning og sikkerhedsdetektering.