Forskere demonstrerer kemisk følsom LiDAR-metode

Forskere har udviklet en ny laserbaseret teknik, der samtidigt kan udføre LiDAR og fjernkemiske målinger. LiDAR, som står for lysdetektion og rækkevidde, bruger en laser til at måle afstande eller rækkevidder. Tilføjelse af kemisk information til LiDAR-målinger kan være nyttig til applikationer som fjern kemisk kortlægning, detektering af spormængder af kemikalier, overvågning af industrielle processer og kvalitetskontrol.

"Ved at kortlægge og identificere miljøets sammensætning kan vi forstærke menneskelige interaktioner og fremtidens industrielle processer med multi-dimensionel objektinformation ud over blot rækkevidde og detektion," siger Bibek R. Samanta, teknisk personale hos Nokia Bell Labs.

Samanta vil præsentere forskningen på Frontiers in Optics + Laser Science Conference (FiO LS) møde, der afholdes i Rochester, New York og online den 17.-20. oktober 2022. Samantas præsentation er planlagt til mandag den 17. oktober 2022 oktober kl. 12:00 EDT (UTC—04:00).

Kombinering af metoder

Den nye teknik, som kombinerer fototermisk spektroskopi og LiDAR, løser kemisk information ved at detektere sub-nanometer overfladedeformationer på grund af fototermisk absorption af en pumpelaser. Disse fototermiske effekter er forårsaget af intensitetsmodulationer af pumpestrålen.

Forskerne brugte en swept-source laser som en sondestråle til at udføre en LiDAR-scanning i en frekvensmoduleret kontinuerlig bølgekonfiguration. Pumpestrålen var en bølgelængdestabiliseret infrarød laserdiodelaser moduleret ved hjælp af et chopperhjul. Begge stråler blev kollimeret, kombineret og fokuseret på det samme sted omkring 8 centimeter væk. For denne opsætning estimerede forskerne en aksial opløsning på omkring 150 mikron i luft og en billeddybde på omkring 30 centimeter.

Forskerne testede deres nye tilgang ved at bruge en 3D-printet gennemsigtig plastikblok med 500 mikron dybe kanaler indeholdende epoxyharpiks blandet med enten en grøn akrylfarve eller et nær-infrarødt (NIR) absorberende farvestof. De var i stand til at observere overfladeforskydninger på 0,2 til 0,3 nm, der var resultatet af fototermisk absorption af epoxyen indeholdende NIR-farvestoffet. Dette stemte overens med estimerede værdier og var omkring en størrelsesorden større end systemets basisstøj.

Ved at scanne prøven lateralt skabte forskerne en kemisk følsom LiDAR-scanning, der viste placeringen af ​​NIR-farvestoffet, men ikke den grønne akrylharpiks. Selvom en infrarød laser blev brugt i denne demonstration, kunne andre bølgelængder bruges til at identificere andre materialer.

"Ved at bruge afstembare lasersystemer og en integreret optisk samling med hurtig scanning planlægger vi at implementere spektroskopisk identifikation af almindelige husholdningsmaterialer for at skabe et 5D-kort over miljøet," forklarer Samanta yderligere. + Udforsk yderligere

En ny laserbaseret kloreringsproces til at skabe høje dopingmønstre i grafen