Udvikling af en bredbånds mid-infrarød kilde til fjernmåling

Et forskerhold fra National Institutes of Natural Sciences, National Institute for Fusion Science og Akita Prefectural University har med succes demonstreret en bredbånds mid-infrarød (MIR) kilde med en simpel konfiguration. Denne lyskilde genererer en meget stabil bredbånds MIR-stråle ved 2,5-3,7 μm bølgelængdeområde og opretholder lysstyrken på grund af dens højstrålekvalitet. En sådan bredbånds MIR-kilde letter et forenklet miljøovervågningssystem ved at konstruere en MIR fiberoptisk sensor, som har potentiale til industrielle og medicinske anvendelser.

I MIR-bølgelængdeområdet, der er mange stærke absorptionslinjer af molekyler på grund af ændringen af ​​deres rotations- og vibrationstilstande. Derfor, ved at bruge MIR-kilder, vi har lovende muligheder for at udvikle følsomme fjernovervågningssystemer til praktisk brug. I særdeleshed, en fiberoptisk sensor baseret på MIR-absorptionsspektroskopi har et stort potentiale som næste generation af gasdetekteringsenhed, f.eks., til en udstødningsgasmonitor på et industrianlæg, åndedrætsanalyse til medicinske formål, og andre anvendelser. Imidlertid, der er det resterende spørgsmål om fraværet af en passende MIR-kilde, der udviser bredbåndsspektrum og højstrålekvalitet. I dette arbejde, forskerholdet har demonstreret en ultrabredbåndsforstærket spontan emissionskilde (ASE) i MIR-regionen, som opfylder kravene til udvikling af den fiberoptiske sensor.

For at opnå MIR-emissionen, forskerholdet har udviklet optisk fiber lavet af fluoridglas co-doteret med trivalente ioner af Er (atomnummer 68) og Dy (66). Denne fiber muliggør en enkel og billig konfiguration af ASE lyskilde med diode-pumpning (fig. 1) ved hjælp af energioverførsel fra Er^3+ til Dy^3+. En bredbånds- og moderat effekt ASE-lyskilde på 2,5-3,7 μm bølgelængde (fig. 2) blev eksperimentelt undersøgt for det optimale design af fluoridfiber med hensyn til ionkoncentration, fiber længde, pumpe konfiguration, og pumpekraft. Ud over, denne lyskilde udviser fremragende strålekvalitet, hvilket resulterer i høj koblingseffektivitet med en ekstern optisk fiber.

Adjunkt Hiyori Uehara siger, "Vores nye lyskilde kan lette en forenklet MIR fiberoptisk sensorenhed til forskellige praktiske anvendelser. F.eks. et miljøovervågningssystem i industrianlægget, stand-off detektion af farlige genstande, sygdomsdiagnose ved åndedrætsanalyse, inspektion af fiberoptiske enheder, og andre. Løbende detaljeret forskning, der demonstrerer meget følsom flergasdetektion ved hjælp af en MIR-fibersensor, vil blive udført og rapporteret i den nærmeste fremtid."