Mokslininkai kuria naują didelio galingumo vidutinio infraraudonųjų spindulių lazerių išvesties metodą

Neseniai Singapūro Nanyang technologijos universiteto (NTU Singapore) vadovaujama mokslininkų grupė sukūrė naują metodą, galintį generuoti intensyvią itin greitą lazerio šviesą ir tikimasi sukurti tikslią įrangą, galinčią paspartinti teršalų pėdsakų „uostymą“. ir kenksmingų dujų.
Šiuo metu infraraudonųjų spindulių diapazono lazeriai per kelias minutes išanalizuoja daugybę ore esančių medžiagų, nesvarbu, ar tai šiltnamio efektą sukeliančios dujos, toksinai, sprogmenys, ar žmogaus sveikatai svarbios dujos.
Iš jų ypač svarbūs yra didelio galingumo vidutinio infraraudonųjų spindulių lazeriai, palaikantys labai jautrią nuotolinio aptikimo įrangą, kuri gali saugiai aptikti net nedidelius medžiagų kiekius, kuriuos gali būti sunku aptikti įprastomis sąlygomis.
Tačiau dabartinės tokių lazerių gamybos technologijos susiduria su iššūkiais. Viena vertus, kai kuriems metodams reikalinga griežta laboratorinė aplinka, kuri netoleruoja jokių trukdžių, tokių kaip vibracija, temperatūros ar drėgmės svyravimai, o tai riboja jų taikymą realioje aplinkoje. Kita vertus, nors kai kurie metodai gali generuoti lazerio šviesą nestabilioje aplinkoje, jo intensyvumas nėra pakankamai stiprus, kad būtų galima tiksliai aptikti pėdsakus medžiagų.
Singapūro Nanyang technologijos universiteto mokslininkų komanda, vadovaujama docento Chang Wonkeun, sėkmingai išsprendė minėtus iššūkius naudodama specialų tuščiavidurį pluoštą ir pakoregavusi jo vidinės struktūros storį. Naujasis metodas gali generuoti didelio ryškumo lazerio šviesą vidutinio infraraudonųjų spindulių diapazone, nepasikliaujant stabilia laboratorine aplinka.
Mūsų technika suteikia naują būdą kurti nešiojamus, efektyvius ir greitus vidutinio infraraudonųjų spindulių lazerius", – sakė prof. Chang. Šių lazerių nereikia naudoti griežtai kontroliuojamoje aplinkoje, todėl juos galima derinti su detektoriais ir naudoti tiesiogiai lauke. tirti ir identifikuoti daugybę nežinomų medžiagų. Tai reiškia, kad mums nebereikia siųsti mėginių į laboratorijas tirti net ir nedideliam medžiagų kiekiui, sutaupome daug laiko ir išteklių.
Tuščiavidurio pluošto technologija, leidžianti vidutinio infraraudonųjų spindulių lazeriams (2-20 mikronų bangos ilgio) parodyti reikšmingus pranašumus aptinkant medžiagas. Daugelis molekulių pasižymi unikaliomis vidutinių infraraudonųjų spindulių diapazono lazerių sugerties savybėmis, todėl šie lazeriai yra ypač veiksmingi identifikuojant nežinomas medžiagas. Be to, vidutinio infraraudonųjų spindulių lazeris gali tiksliai atpažinti medžiagas net tada, kai yra vandens, netrukdydamas vandens molekulėms.
Asistentas Chang Wonkeun, atlikdamas kompiuterinį modeliavimą, atrado, kad keičiant tuščiavidurių pluoštų mikrovamzdelių sienelių storį, artimo infraraudonųjų spindulių lazerius galima paversti didelės galios vidutinio infraraudonųjų spindulių lazeriais. Eksperimentiniai rezultatai parodė, kad jiems pavyko sukurti vidutinio infraraudonųjų spindulių lazerius, kurių bangos ilgis yra 3-4 mikrometrai, o didžiausia galia iki megavatų, gerokai viršijanti standartinės lemputės galią.
Prof. ssambastien fsamvrier iš Limožo universiteto komentavo, kad Nanyang technologijos universiteto komandos požiūris labai skiriasi nuo tradicinio sudėtingo netiesinio išdėstymo ir suteikia naują mąstymo būdą, kaip gaminti stabilius vidutinio infraraudonųjų spindulių lazerius. Be to, kadangi tuščiaviduriai pluoštai gali būti sujungti vienas su kitu, tai atveria galimybę gaminti vidutinio infraraudonųjų spindulių lazerius be judančių mechaninių dalių.
Eksperimentiniai duomenys rodo, kad komandos pagaminti vidutinio infraraudonųjų spindulių lazeriai yra maždaug 1 000 karto galingesni už esamus metodus ir pakankamai galingi, kad aptiktų medžiagų pėdsakus dideliais atstumais.Prof. Chang taip pat pažymėjo: "Naudodami tokius didelio intensyvumo lazerius galime pasiekti precedento neturintį jautrumą ir tikėtis, kad naudosime šiuos prietaisus saugiai aptikti nedidelius medžiagų kiekius, kuriuos sunku aptikti įprastais metodais. Medžiagas, kurias sunku aptikti įprastais metodais."
Šio tyrimo rezultatai ne tik suteikia techninę pagalbą kuriant tikslesnę aplinkos stebėjimo įrangą, bet ir gali atlikti svarbų vaidmenį sveikatos stebėsenos srityje. Pavyzdžiui, nustatant metano kiekį iškvėptame ore, šis metodas gali būti naudojamas ankstyvam gaubtinės ir tiesiosios žarnos vėžio atrankai.
Žvelgdama į ateitį, tyrimų grupė planuoja toliau plėsti vidutinio infraraudonųjų spindulių lazerio bangos ilgio diapazoną, kad pagerintų jo aptikimo galimybes. Pasak asistento Zhang, šis metodas teoriškai gali pagaminti vidutinio infraraudonųjų spindulių lazerius, kurių bangos ilgis yra iki 10 mikrometrų, o tai dar labiau padidins jo taikymą tokiose srityse kaip aplinkos stebėjimas ir saugos aptikimas.