Nanyang technologijos universitetas kuria naują itin intensyvių, itin greitų lazerių gamybos metodą

Šiuo metu vidutinio infraraudonųjų spindulių diapazone skleidžiami lazeriai gali per kelias minutes atpažinti ore esančias medžiagas – nesvarbu, ar tai šiltnamio efektą sukeliančių dujų teršalai, toksinai, sprogmenys ar dujos, susijusios su žmogaus kvėpavimo takuose aptinkamomis ligomis.
Didelio galingumo vidutinio infraraudonųjų spindulių lazeriai, generuojami itin sparčiais impulsais, yra labai paklausūs, nes jie yra labai jautrių prietaisų, galinčių saugiai iš toli aptikti net nedidelius medžiagų kiekius, kurie kitu atveju būtų nepastebėti arba sunkiai atpažįstami, pagrindu.
Neseniai NTU Singapūro vadovaujami mokslininkai sukūrė naują intensyvių ir itin greitų lazerių gamybos metodą. Pasak jų, šis metodas „žada sukurti tikslius įrenginius, kurie gali pagreitinti teršalų ir kenksmingų dujų pėdsakų pašalinimą“.
Tačiau dabartiniai tradiciniai tokių lazerių generavimo metodai turi savų trūkumų: vienam iš metodų reikalingos laboratorinės sąlygos be trikdžių, dėl kurių tiksliai sukalibruota įranga (pvz., vibracijos, temperatūros / drėgmės svyravimai) gali būti netinkamai suderinta, o tai reiškia, kad lazerių negalima naudoti. už laboratorijos ribų.
Kitas metodas gali generuoti lazerius, kai susiduria su aplinkos trikdžiais, tokiais kaip vibracija, tačiau jie nėra pakankamai stiprūs, kad būtų galima tiksliai aptikti pėdsakus medžiagų. Nauji Nanyang technologijos universiteto tyrimai išsprendė šiuos iššūkius.
Rezultatai paskelbti Lasers ＆ Photonics Reviews.
Tyrėjai naudojo specialiai pagamintus tuščiavidurius optinius pluoštus, kad sukurtų labai ryškią lazerio šviesą vidutinio infraraudonųjų spindulių diapazone, reguliuodami pluošto neutronų struktūros storį.
Chang Wonkeun, Nanyang technologijos universiteto Elektros ir elektronikos inžinerijos mokyklos docentas, vadovavęs šiam naujausiam tyrimui, sakė: „Mūsų požiūris atveria kelią nešiojamų, galingų ir greitų vidutinio infraraudonųjų spindulių lazerinių generatorių, kurie nesiremia gerai valdoma aplinka be vibracijos, kad būtų išlaikytas veikimas.
"Tai reiškia, kad galime juos suporuoti su detektoriais ir naudoti juos lauke, kad padėtų ištirti ir identifikuoti daugybę nežinomų medžiagų. Tuo pačiu metu nereikia gaišti papildomo laiko siunčiant mėginius į laboratoriją tirti, net pėdsakus“.
Aptikimo privalumai
Vidutinio infraraudonųjų spindulių lazeriai, kurių bangos ilgis svyruoja nuo 2 um{2}}um, suteikia pranašumų prieš kitus lazerius aptikdami medžiagas. Daugelis skirtingų molekulių tipų sugeria lazerius vidutinio infraraudonųjų spindulių diapazone unikaliu būdu, labiau nei kitų bangų ilgių, o tai yra savybė, kurią galima naudoti nežinomoms medžiagoms identifikuoti. Be to, net jei šiose medžiagose yra vandens, skirtingai nuo kitų lazerių, medžiagų identifikavimo tikslumui naudojant vidutinio infraraudonųjų spindulių lazerius vandens molekulės įtakos neturi.
Vienas iš būdų generuoti didelės galios vidutinio infraraudonųjų spindulių lazerius greitais pliūpsniais yra - skleisti ryškią ir itin greitą artimą infraraudonąją spinduliuotę per optinį pluoštą, kurio bangos ilgis yra trumpas. Vidutinio infraraudonųjų spindulių lazeriai, pagaminti iš optinių skaidulų su vientiso stiklo centrais, paprastai nėra labai stiprūs, todėl sunku tiksliai aptikti mažus medžiagos kiekius.
Norint gaminti didelio intensyvumo vidutinio infraraudonųjų spindulių lazerius, paprastai reikalinga aplinka be trikdžių, todėl lazerių naudojimas ribojamas laboratorijoje ir apsunkina konkrečių pritaikymų įgyvendinimą. Profesorius Zhang iš Nanyang technologijos universiteto išsprendė šias problemas naudodamas tuščiavidurį stiklo pluoštą. Jis tai atrado, kai naudojo kompiuterinį modeliavimą, kad nustatytų artimosios infraraudonosios spinduliuotės tipą, kuris gali susidaryti, kai ji praeina per tuščiavidurius pluoštus.
Bangos ilgio konvertavimas
Skirtingai nuo įprastų optinių skaidulų, šis vamzdinis tuščiaviduris pluoštas turi mažesnių stiklo vamzdelių žiedą aplink tuščiavidurį pluošto centrą. Modeliavimas parodė, kad keičiant pluošto miniatiūrinių vamzdelių sienelių storį būtų daug žadanti infraraudonųjų spindulių lazerius paversti galingais, itin sparčiais vidutinio infraraudonųjų spindulių lazeriais.
Tada jo komanda atliko eksperimentus, kurių metu tuščiavidurių šerdies pluoštų centrai buvo užpildyti argono dujomis, ir mokslininkams pavyko patvirtinti modeliavimo prognozes. Jie sukūrė vidutinio infraraudonųjų spindulių lazerį, kurio didžiausia galia yra megavatų diapazone ir 3 um -4um bangos ilgis, milijoną kartų galingesnis už standartinę lemputę.
Ši lazerio konversija įvyksta todėl, kad artimojo infraraudonųjų spindulių lazeris sąveikauja su optinio pluošto forma, kuri paverčia lazerį vidutinio infraraudonųjų spindulių šviesa, veikiant įdomioms argono dujų molekulėms. Mikrovamzdelių storis yra susijęs su šiek tiek daugiau nei du kartus didesniu bangos ilgiu nei sukuriama vidutinio infraraudonųjų spindulių lazerio šviesa – taigi mini vamzdelis, kurio sienelės storis yra 1,6 um, gamina lazerio šviesą, kurios didžiausias bangos ilgis yra apie 3,7 um.
Prof. ssambastien fsamvrier (iš Limožo universiteto), ilgametis vidutinio infraraudonųjų spindulių lazerių tyrinėtojas, teigė, kad Nanyang technologijos universiteto komandos lazerių generavimo metodas „ryškiai prieštarauja įrenginiams, kurie paprastai apima sudėtingus netiesinius įrenginius“.
Prof. ssambastien fsamvrier sakė: "Be to, kadangi optiniai pluoštai gali būti sujungti vienas su kitu, šie rezultatai atveria kelią vidutinio infraraudonųjų spindulių lazeriams, kurių neveikia jokios judančios mechaninės dalys."