Gasdetekterende laserenhed får en opgradering

Forskere ved University of Michigan har raffineret en gas-sniffeanordning, så den kan detektere giftige gasser og sprængstoffer på mindre end et halvt sekund.

Den laserbaserede metode kan bruges som sikkerhedsanordning i lufthavne eller til overvågning af forurenende stoffer eller toksiner i miljøet. Fysikernes fund bygger på en metode, de udviklede sidste år, som detekterer gasser på cirka fire eller fem minutter. Den nuværende enhed bruger tre lasere til at forkorte detektionstiden betydeligt. Deres opdaterede forskning er offentliggjort i Natur fotonik .

"Den store fordel er, at du kan gøre denne registrering med en meget enklere, meget mere kompakt, meget mere robust enhed, og på samme tid, du kan udføre denne registrering meget hurtigere og med meget mindre erhvervelsestid, "sagde Steven Cundiff, projektets hovedforfatter og Harrison M. Randall professor i fysik i College of Literature, Videnskab, og kunsten.

"Dette er afgørende for at gøre enheden praktisk. Hvis du overvåger miljøet, du skal gøre det rimeligt hurtigt på grund af udsving i miljøet. Du vil ikke vente fem minutter med at finde ud af, om der er noget toksin i det. "

Gasser har visse bølgelængder, der kan aflæses ved hjælp af lasere. Cundiff og fysikforsker Bachana Lomsadzes første apparat brugte en metode kaldet "multidimensionel kohærent spektroskopi, "eller MDCS. MDCS bruger ultrakorte laserpulser til at aflæse disse bølgelængder som stregkoder. En gass særlige bølgelængde identificerer den type gas, det er.

Mange gasser har et meget rigt spektrum for bestemte bølgelængder, eller farver, af lys - selvom "farverne" faktisk kan være i det infrarøde, så ikke synligt det menneskelige øje. Disse spektre gør dem let genkendelige. Men det bliver svært, når forskere forsøger at identificere gasser i en blanding. I fortiden, forskere stolede på at kontrollere deres målinger i forhold til et katalog af molekyler, en proces, der kræver højtydende computere og en betydelig mængde tid.

Cundiffs tidligere metode brugte MDCS med en anden metode kaldet dual-kam spektroskopi for at forkorte detektionstiden til de fire eller fem minutter. Frekvenskamme er laserkilder, der genererer spektre bestående af lige store mellemrum. Disse linjer bruges som regler til måling af de spektrale træk ved atomer og molekyler, identificere dem med ekstrem præcision. I dual-kam spektroskopi, laserne sender lyspulser i forskellige mønstre for hurtigt at kunne scanne efter gassers fingeraftryk.

Nu, Cundiff og Lomsadze har tilføjet endnu et lag laserdetektering for at nedbringe den detektionstid endnu mere, ved hjælp af en metode, som de har døbt "tri-kam spektroskopi." Dette er også første gang tri kamspektroskopi er blevet demonstreret, Siger Cundiff.

Forskningsgruppen tilføjede en tredje laser og parrede laserne med software, der kan programmere mønsteret af lysimpulser, som laserne udsender. Laserne synkroniseres med hinanden for at generere lyspulser, så laserne konstant scanner for at identificere gasser.

Sådan fungerer enheden:To lasere sender lysimpulser i samme retning, der kombineres til en enkelt stråle. Denne stråle passerer gennem en gasdamp, og efter at strålen har passeret gennem dampen, den kombineres med strålen fra en tredje laser. Derefter, den endelige stråle rammer en signaldetektor, der måler gasblandingens spektre og identificerer gasserne. Mens denne demonstration brugte "hjemmebyggede" lasere, der ikke er særlig kompakte eller robuste, ækvivalente kommercielt tilgængelige lasere måler omkring 10 tommer med fire tommer ved to tommer.

Ligesom deres arbejde sidste år, Lomsadze og Cundiff testede deres metode i en damp af rubidiumatomer, der indeholdt to rubidium -isotoper. Frekvensforskellen mellem absorptionslinjer for de to isotoper er for lille til at observeres ved hjælp af traditionelle metoder til MDCS, men ved at bruge kamme, Lomsadze og Cundiff var i stand til at løse disse linjer og tildele isotopernes spektre baseret på, hvordan energiniveauerne var koblet til hinanden. Deres metode er generel og kan bruges til at identificere kemikalier i en blanding uden tidligere at kende blandingens sammensætning.

Cundiff håber at implementere enheden i eksisterende fiberoptisk teknologi, og styring af laserimpulser med software. Den vej, softwaren kan tilpasses bestemte miljøer.

"Dette er et skridt mod målet med software rekonfigurerbar spektroskopi, "Sagde Cundiff." Dette ligner software, der kan omkonfigureres radioteknologi, hvor den samme hardware kan bruges til forskellige applikationer, såsom en mobiltelefon eller en FM -modtager, simpelthen ved at indlæse anderledes software. "