Luftlasing:Et nyt værktøj til atmosfærisk detektering

Ultrahurtige laserteknologier giver nye strategier til fjernmåling af atmosfæriske forurenende stoffer og farlige biokemiske stoffer på grund af deres unikke fordele med høj spidseffekt, kort pulsvarighed og bred spektral dækning.

Især luftlasing viser løfte i atmosfærisk fjernmåling på grund af dens evne til at generere hulrumsfri lysforstærkning i det fri. Den er velegnet som sonde til atmosfærisk diagnose.

For nylig foreslog et forskerhold fra Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM) fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS) en luftlaseringsassisteret kohærent Raman-spektroskopi, som realiserer kvantitativ måling og samtidig detektion af to drivhusgasser, som samt identifikation af CO₂ isotoper. Detektionsfølsomheden når 0,03 %, og den minimale signaludsving er omkring 2 %.

Værket blev udgivet i Ultrafast Science den 8. april.

Femtosekundlaserens ekstremt ikke-lineære interaktion med luftmolekyler exciterer den optiske forstærkning af molekylære nitrogenioner og opnår en frøforstærkning på mere end 1.000 gange, hvilket resulterer i 428 nm luftlaser med en linjebredde på 13 cm ^-1 .

I mellemtiden har pumpelaserens spektrale bredde nået 3800 cm ^-1 efter ikke-lineær udbredelse, som er mere end én størrelsesorden bredere end spektret af den indfaldende laser.

Det muliggør således excitation af de molekylære sammenhængende vibrationer af de fleste forurenende stoffer og drivhusgasser. Når luftlasing møder sammenhængende vibrerende molekyler, vil det effektivt producere sammenhængende Raman-spredning. Ved at registrere frekvensforskellen mellem Raman-signal og luftlasing, nemlig Raman-fingeraftrykket, kan den molekylære identitetsinformation bestemmes.

Luftlasing-assisteret kohærent Raman-spektroskopi kombinerer fordelene ved femtosekundlaser og luftlasering. Femtosekundlaser har en bred spektral dækning og en kort pulsvarighed, som kan excitere sammenhængende vibrationer af mange molekyler på samme tid. Luftlasing har en smal spektral bredde, hvilket gør det muligt at skelne Raman-fingeraftryk fra forskellige molekyler. Derfor kan denne teknik opfylde behovene for multi-komponent måling og kemisk specificitet.

Ydermere viste forskerne, at teknikken kan anvendes til multi-komponent samtidig måling og skelne mellem ¹² CO₂ og ¹³ CO₂ . Den samtidige måling af forskellige forurenende stoffer og drivhusgasser samt påvisning af CO₂ isotoper er af stor betydning for at spore kilderne til luftforurening og studere kulstofkredsløbet.

For realistisk anvendelse af sporgasfjerndetektion er det imidlertid nødvendigt at forbedre detektionsfølsomheden over for ppm- eller endda ppb-niveauet, samt at udvide detektionsafstanden fra laboratorieskalaen til kilometerskalaen. + Udforsk yderligere

THz-fingeraftryksvibrationsspektroskopi ved en ultrahurtig spektralhastighed