Οι επιστήμονες αναπτύσσουν νέα μέθοδο για την παραγωγή λέιζερ μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας υψηλής ισχύος

Πρόσφατα, μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang της Σιγκαπούρης (NTU Singapore) ανέπτυξε μια νέα μέθοδο, η οποία μπορεί να δημιουργήσει έντονο εξαιρετικά γρήγορο φως λέιζερ και αναμένεται να δημιουργήσει ακριβή εξοπλισμό που μπορεί να επιταχύνει τη «μύση» ιχνών ρύπων. και επιβλαβή αέρια.
Επί του παρόντος, τα λέιζερ στο υπέρυθρο εύρος έχουν τη δυνατότητα να αναλύουν ένα ευρύ φάσμα ουσιών στον αέρα μέσα σε λίγα λεπτά, είτε πρόκειται για αέρια θερμοκηπίου, τοξίνες, εκρηκτικά ή αέρια που σχετίζονται με την ανθρώπινη υγεία.
Από αυτά, τα λέιζερ μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας υψηλής ισχύος είναι ιδιαίτερα κρίσιμα, υποστηρίζοντας εξαιρετικά ευαίσθητο εξοπλισμό απομακρυσμένης ανίχνευσης που μπορεί να ανιχνεύσει με ασφάλεια ακόμη και ίχνη ουσιών που μπορεί να είναι δύσκολο να ανιχνευθούν υπό κανονικές συνθήκες.
Ωστόσο, οι τρέχουσες τεχνολογίες για την κατασκευή τέτοιων λέιζερ αντιμετωπίζουν προκλήσεις. Από τη μια πλευρά, ορισμένες από τις μεθόδους απαιτούν αυστηρά εργαστηριακά περιβάλλοντα που δεν ανέχονται καμία μορφή παρεμβολής, όπως κραδασμούς, διακυμάνσεις θερμοκρασίας ή υγρασίας, γεγονός που περιορίζει την εφαρμογή τους σε περιβάλλοντα πραγματικού κόσμου. Από την άλλη πλευρά, ενώ ορισμένες μέθοδοι είναι σε θέση να παράγουν φως λέιζερ σε ασταθή περιβάλλοντα, η ένταση δεν είναι αρκετά ισχυρή για να ανιχνεύσει με ακρίβεια ίχνη ουσιών.
Μια ερευνητική ομάδα από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang στη Σιγκαπούρη, με επικεφαλής τον επίκουρο καθηγητή Chang Wonkeun, έχει λύσει με επιτυχία τις παραπάνω προκλήσεις χρησιμοποιώντας μια ειδική κοίλη ίνα και προσαρμόζοντας το πάχος της εσωτερικής της δομής. Η νέα μέθοδος μπορεί να δημιουργήσει φως λέιζερ υψηλής φωτεινότητας στην περιοχή μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας χωρίς να βασίζεται σε ένα σταθερό εργαστηριακό περιβάλλον.
Η τεχνική μας παρέχει έναν νέο τρόπο ανάπτυξης φορητών, αποτελεσματικών και γρήγορων λέιζερ μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας", δήλωσε ο Καθ. Chang. Αυτά τα λέιζερ δεν χρειάζεται να λειτουργούν σε αυστηρά ελεγχόμενο περιβάλλον και επομένως μπορούν να συνδυαστούν με ανιχνευτές και να χρησιμοποιηθούν απευθείας στο πεδίο για να δοκιμάσουμε και να εντοπίσουμε ένα ευρύ φάσμα άγνωστων ουσιών Αυτό σημαίνει ότι δεν χρειάζεται πλέον να στέλνουμε δείγματα σε εργαστήρια για δοκιμή, ακόμη και για ίχνη ουσιών, εξοικονομώντας σημαντικό χρόνο και πόρους.
Τεχνολογία κοίλων ινών, η οποία επιτρέπει στα λέιζερ μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας (μήκη κύματος 2-20 μικρών) να επιδεικνύουν σημαντικά πλεονεκτήματα κατά την ανίχνευση ουσιών. Πολλά μόρια έχουν μοναδικές ιδιότητες απορρόφησης για λέιζερ στην περιοχή μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας, καθιστώντας αυτά τα λέιζερ ιδιαίτερα αποτελεσματικά στον εντοπισμό άγνωστων ουσιών. Επιπλέον, το λέιζερ μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας μπορεί να αναγνωρίσει με ακρίβεια ουσίες ακόμα και όταν υπάρχει νερό, χωρίς παρεμβολές από μόρια νερού.
Ο επίκουρος καθηγητής Chang Wonkeun ανακάλυψε μέσω προσομοιώσεων υπολογιστή ότι μεταβάλλοντας το πάχος του τοιχώματος των μικροσωλήνων κοίλων ινών, είναι δυνατό να μετατραπούν λέιζερ κοντινού υπέρυθρου σε λέιζερ μεσαίου υπέρυθρου υψηλής ισχύος. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι κατάφεραν να δημιουργήσουν λέιζερ μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας με μήκος κύματος 3-4 μικρομέτρων και μέγιστη ισχύ έως και μεγαβάτ, πολύ μεγαλύτερη από αυτή ενός τυπικού λαμπτήρα.
Ο καθηγητής ssambastien fsamvrier του Πανεπιστημίου της Λιμόζ σχολίασε ότι η προσέγγιση της ομάδας του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου Nanyang είναι πολύ διαφορετική από την παραδοσιακή σύνθετη μη γραμμική διάταξη και παρέχει έναν νέο τρόπο σκέψης για την κατασκευή σταθερών λέιζερ μεσαίου υπέρυθρου. Επιπλέον, δεδομένου ότι οι κοίλες ίνες μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους, αυτό ανοίγει τη δυνατότητα παραγωγής λέιζερ μεσαίου υπέρυθρου χωρίς κινούμενα μηχανικά μέρη.
Πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι τα λέιζερ μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας που κατασκεύασε η ομάδα είναι περίπου 1,000 φορές πιο ισχυρά από τις υπάρχουσες τεχνικές και είναι αρκετά ισχυρά ώστε να ανιχνεύουν ίχνη ουσιών σε μεγάλες αποστάσεις. Καθ. Ο Τσανγκ σημείωσε περαιτέρω, "Με τέτοια λέιζερ υψηλής έντασης, μπορούμε να επιτύχουμε άνευ προηγουμένου ευαισθησία και αναμένουμε να χρησιμοποιήσουμε αυτές τις συσκευές για να ανιχνεύσουμε με ασφάλεια ίχνη ουσιών που είναι δύσκολο να ανιχνευθούν με συμβατικές μεθόδους. ουσίες που είναι δύσκολο να ανιχνευθούν με συμβατικές μεθόδους."
Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας όχι μόνο παρέχουν τεχνική υποστήριξη για την ανάπτυξη πιο ακριβούς εξοπλισμού περιβαλλοντικής παρακολούθησης, αλλά μπορούν επίσης να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στον τομέα της παρακολούθησης της υγείας. Για παράδειγμα, με την ανίχνευση επιπέδων μεθανίου στην αναπνοή, η τεχνική θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για έγκαιρο έλεγχο για καρκίνο του παχέος εντέρου.
Κοιτάζοντας το μέλλον, η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να επεκτείνει περαιτέρω το εύρος μήκους κύματος του λέιζερ μεσαίου υπέρυθρου για να βελτιώσει την ικανότητα ανίχνευσης. Σύμφωνα με τον επίκουρο καθηγητή Zhang, η μέθοδος μπορεί θεωρητικά να παράγει λέιζερ μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας με μήκη κύματος έως 10 μικρόμετρα, τα οποία θα διευρύνουν περαιτέρω την εφαρμογή της σε τομείς όπως η περιβαλλοντική παρακολούθηση και η ανίχνευση ασφάλειας.