Vědci vyvíjejí novou metodu pro výkon vysoce výkonných středních infračervených laserů

Nedávno skupina vědců vedená Technologickou univerzitou Nanyang v Singapuru (NTU Singapur) vyvinula novou metodu, která dokáže generovat intenzivní ultrarychlé laserové světlo a očekává se, že vytvoří přesné zařízení, které dokáže urychlit „čichání“ stopových škodlivin. a škodlivé plyny.
V současné době mají lasery v infračerveném rozsahu schopnost analyzovat širokou škálu látek ve vzduchu během několika minut, ať už se jedná o skleníkové plyny, toxiny, výbušniny nebo plyny důležité pro lidské zdraví.
Z nich jsou zvláště kritické vysoce výkonné střední infračervené lasery, které podporují vysoce citlivá vzdálená detekční zařízení, která mohou bezpečně detekovat i stopová množství látek, která mohou být za běžných podmínek obtížně detekovatelná.
Současné technologie výroby takových laserů však čelí výzvám. Na jedné straně některé z metod vyžadují přísná laboratorní prostředí, která netolerují žádnou formu rušení, jako jsou vibrace, změny teploty nebo vlhkosti, což omezuje jejich použití v reálném prostředí. Na druhou stranu, zatímco některé metody jsou schopny generovat laserové světlo v nestabilním prostředí, intenzita není dostatečně silná, aby přesně detekovala stopová množství látek.
Výzkumný tým z Nanyang Technological University v Singapuru pod vedením asistenta Changa Wonkeuna úspěšně vyřešil výše uvedené výzvy použitím speciálního dutého vlákna a úpravou tloušťky jeho vnitřní struktury. Nová metoda dokáže generovat laserové světlo s vysokým jasem ve středním infračerveném rozsahu, aniž by se spoléhalo na stabilní laboratorní prostředí.
Naše technika poskytuje nový způsob, jak vyvinout přenosné, efektivní a rychlé střední infračervené lasery," řekl profesor Chang. Tyto lasery nemusí být provozovány v přísně kontrolovaném prostředí a lze je tedy kombinovat s detektory a používat přímo v terénu. testovat a identifikovat širokou škálu neznámých látek To znamená, že již nemusíme posílat vzorky k testování do laboratoří, a to i na stopová množství látek, což výrazně šetří čas a zdroje.“
Technologie dutých vláken, která umožňuje středním infračerveným laserům (vlnové délky 2-20 mikronů) prokázat významné výhody při detekci látek. Mnoho molekul má jedinečné absorpční vlastnosti pro lasery ve středním infračerveném rozsahu, díky čemuž jsou tyto lasery zvláště účinné při identifikaci neznámých látek. Středně infračervený laser navíc dokáže přesně rozpoznat látky, i když je přítomna voda, bez interference molekul vody.
Pomocný profesor Chang Wonkeun pomocí počítačových simulací zjistil, že změnou tloušťky stěny mikrotrubiček z dutých vláken je možné převést blízké infračervené lasery na vysoce výkonné střední infračervené lasery. Experimentální výsledky ukázaly, že se jim podařilo vytvořit středně infračervené lasery s vlnovou délkou 3-4 mikrometrů a špičkovým výkonem až megawattů, což daleko převyšuje výkon standardní žárovky.
Prof. sambastien fsamvrier z University of Limoges poznamenal, že přístup týmu Technologické univerzity Nanyang je velmi odlišný od tradičního komplexního nelineárního uspořádání a poskytuje nový způsob myšlení pro výrobu stabilních středních infračervených laserů. Kromě toho, protože dutá vlákna lze vzájemně spojovat, otevírá se tím možnost výroby středních infračervených laserů bez pohyblivých mechanických částí.
Experimentální data ukazují, že střední infračervené lasery vyrobené týmem jsou asi 1,000krát výkonnější než stávající techniky a jsou dostatečně výkonné k detekci stopových látek na velké vzdálenosti.Prof. Chang dále poznamenal: "S lasery s tak vysokou intenzitou můžeme dosáhnout nebývalé citlivosti a očekávat, že tato zařízení použijeme k bezpečné detekci stopových množství látek, které je obtížné detekovat konvenčními metodami. látek, které je obtížné detekovat konvenčními metodami."
Výsledky tohoto výzkumu poskytují nejen technickou podporu pro vývoj přesnějších zařízení pro monitorování životního prostředí, ale mohou také hrát důležitou roli v oblasti monitorování zdraví. Například detekcí hladin metanu v dechu by tato technika mohla být použita pro včasné vyšetření kolorektálního karcinomu.
Do budoucna plánuje výzkumný tým dále rozšířit rozsah vlnových délek středního infračerveného laseru, aby se zlepšila jeho detekční schopnost. Podle asistenta profesora Zhanga může metoda teoreticky produkovat střední infračervené lasery s vlnovými délkami až 10 mikrometrů, což dále rozšíří její použití v oblastech, jako je monitorování životního prostředí a bezpečnostní detekce.