Вчені розробили новий метод виведення високопотужних лазерів середнього інфрачервоного діапазону

Нещодавно група вчених під керівництвом Наньянського технологічного університету Сінгапуру (NTU Singapore) розробила новий метод, який може генерувати інтенсивне надшвидке лазерне світло, і, як очікується, створить точне обладнання, яке може прискорити «нюхання» слідів забруднюючих речовин. і шкідливі гази.
В даний час лазери в інфрачервоному діапазоні мають здатність аналізувати широкий спектр речовин у повітрі за лічені хвилини, будь то парникові гази, токсини, вибухові речовини або гази, що мають відношення до здоров’я людини.
З них особливо важливі високопотужні лазери середнього інфрачервоного діапазону, які підтримують високочутливе обладнання дистанційного виявлення, яке може безпечно виявляти навіть слідові кількості речовин, які може бути важко виявити за звичайних умов.
Однак сучасні технології виробництва таких лазерів стикаються з проблемами. З одного боку, деякі методи вимагають суворих лабораторних умов, які не допускають будь-яких форм перешкод, таких як вібрація, коливання температури або вологості, що обмежує їх застосування в реальних середовищах. З іншого боку, хоча деякі методи здатні генерувати лазерне світло в нестабільному середовищі, його інтенсивність недостатньо висока, щоб точно виявити сліди речовин.
Дослідницька група з Наньянського технологічного університету в Сінгапурі на чолі з доцентом Чанг Вонкюном успішно вирішила вищевказані проблеми, використовуючи спеціальне порожнисте волокно та регулюючи товщину його внутрішньої структури. Новий метод може генерувати лазерне світло високої яскравості в середньому інфрачервоному діапазоні, не покладаючись на стабільне лабораторне середовище.
Наша технологія пропонує новий спосіб розробки портативних, ефективних і швидких лазерів середнього інфрачервоного діапазону", - сказав професор Чанг. Ці лазери не потребують експлуатації в строго контрольованому середовищі, тому їх можна поєднувати з детекторами та використовувати безпосередньо в полі. для тестування та ідентифікації широкого спектру невідомих речовин. Це означає, що нам більше не потрібно надсилати зразки до лабораторій для тестування, навіть на наявність слідових кількостей речовин, заощаджуючи значний час і ресурси».
Технологія порожнистих волокон, яка дозволяє лазерам середнього інфрачервоного діапазону (довжина хвилі 2-20 мкм) демонструвати значні переваги під час виявлення речовин. Багато молекул мають унікальні властивості поглинання для лазерів у середньому інфрачервоному діапазоні, що робить ці лазери особливо ефективними для ідентифікації невідомих речовин. Крім того, лазер середнього інфрачервоного діапазону може точно розпізнавати речовини навіть за наявності води без перешкод з боку молекул води.
За допомогою комп’ютерного моделювання доцент Чан Вонкюн виявив, що, змінюючи товщину стінок порожнистих волоконних мікротрубок, можна перетворити лазери ближнього інфрачервоного діапазону на високопотужні лазери середнього інфрачервоного діапазону. Результати експериментів показали, що їм вдалося створити лазери середнього інфрачервоного діапазону з довжиною хвилі 3-4 мікрометрів і піковою потужністю до мегават, що значно перевищує потужність звичайної лампочки.
Професор Самбастьєн Фсамврієр з Університету Ліможа прокоментував, що підхід команди Наньянського технологічного університету сильно відрізняється від традиційної складної нелінійної схеми та пропонує новий спосіб мислення для виготовлення стабільних лазерів середнього інфрачервоного діапазону. Крім того, оскільки порожнисті волокна можна з’єднувати одне з одним, це відкриває можливість виробництва лазерів середнього інфрачервоного діапазону без рухомих механічних частин.
Експериментальні дані показують, що лазери середнього інфрачервоного діапазону, виготовлені командою, приблизно в 1,000 разів потужніші за існуючі методи, і достатньо потужні, щоб виявляти сліди речовин на великих відстанях. Проф. Далі Чанг зазначив: «З такими лазерами високої інтенсивності ми можемо досягти безпрецедентної чутливості та сподіваємось використовувати ці пристрої для безпечного виявлення слідів речовин, які важко виявити звичайними методами. речовин, які важко виявити звичайними методами».
Результати цього дослідження не тільки забезпечують технічну підтримку для розробки більш точного обладнання для моніторингу навколишнього середовища, але також можуть відігравати важливу роль у сфері моніторингу здоров'я. Наприклад, шляхом виявлення рівня метану у диханні цей метод можна використовувати для раннього скринінгу колоректального раку.
У майбутньому дослідницька група планує ще більше розширити діапазон довжин хвиль середнього інфрачервоного лазера, щоб покращити його здатність виявлення. За словами доцента Чжана, цей метод теоретично може створювати лазери середнього інфрачервоного діапазону з довжиною хвилі до 10 мікрометрів, що ще більше розширить його застосування в таких сферах, як моніторинг навколишнього середовища та виявлення безпеки.