Zinātnieki izstrādā jaunu metodi lielas jaudas vidējas infrasarkano staru lāzeru izvadīšanai

Nesen zinātnieku grupa Singapūras Nanjangas Tehnoloģiskās universitātes (Singapūras NTU) vadībā izstrādāja jaunu metodi, kas var radīt intensīvu īpaši ātru lāzera gaismu, un ir paredzēts izveidot precīzu aprīkojumu, kas var paātrināt piesārņojošo vielu pēdu "šņaukšanu". un kaitīgās gāzes.
Pašlaik infrasarkanā diapazona lāzeri spēj dažu minūšu laikā analizēt plašu vielu klāstu gaisā neatkarīgi no tā, vai tās ir siltumnīcefekta gāzes, toksīni, sprāgstvielas vai cilvēka veselībai svarīgas gāzes.
No tiem īpaši svarīgi ir lieljaudas vidēja infrasarkanie lāzeri, kas atbalsta ļoti jutīgas attālās noteikšanas iekārtas, kas var droši noteikt pat nelielu daudzumu vielu, kuras parastos apstākļos var būt grūti noteikt.
Tomēr pašreizējās šādu lāzeru ražošanas tehnoloģijas saskaras ar problēmām. No vienas puses, dažām metodēm ir nepieciešama stingra laboratorijas vide, kas nepieļauj nekādus traucējumus, piemēram, vibrācijas, temperatūras vai mitruma izmaiņas, kas ierobežo to pielietojumu reālajā vidē. No otras puses, lai gan dažas metodes spēj radīt lāzera gaismu nestabilā vidē, intensitāte nav pietiekami spēcīga, lai precīzi noteiktu vielu pēdas.
Pētnieku grupa no Nanjangas Tehnoloģiskās universitātes Singapūrā, kuru vadīja docents Čans Vonkeuns, ir veiksmīgi atrisinājusi iepriekš minētās problēmas, izmantojot īpašu dobu šķiedru un pielāgojot tās iekšējās struktūras biezumu. Jaunā metode var radīt augsta spilgtuma lāzera gaismu vidējā infrasarkanā diapazonā, nepaļaujoties uz stabilu laboratorijas vidi.
Mūsu tehnika nodrošina jaunu veidu, kā izstrādāt pārnēsājamus, efektīvus un ātrus vidējas infrasarkano staru lāzerus," sacīja profesors Čangs. Šie lāzeri nav jādarbina stingri kontrolētā vidē, tāpēc tos var kombinēt ar detektoriem un izmantot tieši uz lauka. lai pārbaudītu un identificētu plašu nezināmo vielu klāstu, tas nozīmē, ka mums vairs nav jāsūta paraugi uz laboratorijām testēšanai pat nelielam vielu daudzumam, tādējādi ietaupot ievērojamu laiku un resursus.
Dobu šķiedru tehnoloģija, kas ļauj vidēji infrasarkanajiem lāzeriem (viļņu garums 2-20 mikroni) demonstrēt būtiskas priekšrocības vielu noteikšanā. Daudzām molekulām ir unikālas absorbcijas īpašības lāzeriem vidējā infrasarkanajā diapazonā, padarot šos lāzerus īpaši efektīvus nezināmu vielu identificēšanā. Turklāt vidējais infrasarkanais lāzers var precīzi atpazīt vielas pat tad, ja klāt ir ūdens, netraucējot ūdens molekulas.
Docents Čangs Vonkeuns, izmantojot datorsimulācijas, atklāja, ka, mainot dobu šķiedru mikrocauruļu sieniņu biezumu, ir iespējams pārveidot gandrīz infrasarkanos lāzerus par lieljaudas vidēja infrasarkano staru lāzeriem. Eksperimentālie rezultāti parādīja, ka viņiem izdevās izveidot vidējas infrasarkanās krāsas lāzerus ar viļņa garumu 3-4 mikrometri un maksimālo jaudu līdz megavatiem, kas ievērojami pārsniedz standarta spuldzes jaudu.
Prof. ssambastien fsamvrier no Limožas Universitātes komentēja, ka Nanjangas Tehnoloģiskās universitātes komandas pieeja ļoti atšķiras no tradicionālās kompleksās nelineārās izkārtojuma un nodrošina jaunu domāšanas veidu stabilu vidēja infrasarkano staru lāzeru izgatavošanai. Turklāt, tā kā dobās šķiedras var savienot savā starpā, tas paver iespēju ražot vidus infrasarkanos lāzerus bez kustīgām mehāniskām daļām.
Eksperimentālie dati liecina, ka komandas izgatavotie vidējā infrasarkanie lāzeri ir aptuveni 1 reizi 000 jaudīgāki par esošajiem paņēmieniem un ir pietiekami jaudīgi, lai noteiktu vielu pēdas lielos attālumos.Prof. Čangs arī atzīmēja: "Ar tik augstas intensitātes lāzeriem mēs varam sasniegt nepieredzētu jutīgumu un sagaidīt, ka izmantosim šīs ierīces, lai droši noteiktu nelielu daudzumu vielu, kuras ir grūti noteikt ar parastajām metodēm. vielas, kuras ir grūti noteikt ar parastajām metodēm."
Šī pētījuma rezultāti sniedz ne tikai tehnisku atbalstu precīzākas vides monitoringa iekārtu izstrādei, bet arī tiem var būt nozīmīga loma veselības monitoringa jomā. Piemēram, nosakot metāna līmeni izelpā, šo paņēmienu varētu izmantot agrīnai kolorektālā vēža skrīningam.
Raugoties nākotnē, pētnieku grupa plāno vēl vairāk paplašināt vidēja infrasarkanā lāzera viļņa garuma diapazonu, lai uzlabotu tā noteikšanas iespējas. Saskaņā ar docenta Zhang teikto, šī metode teorētiski var radīt vidēja infrasarkano staru lāzerus ar viļņu garumu līdz 10 mikrometriem, kas vēl vairāk paplašinās tās pielietojumu tādās jomās kā vides uzraudzība un drošības noteikšana.