Технолошки универзитет Нанианг развија нову методу за производњу ултра интензивних, ултра брзих ласера

Тренутно, ласери који се емитују у средњем инфрацрвеном опсегу могу да идентификују супстанце у ваздуху за неколико минута - било да су загађивачи гасова стаклене баште, токсини, експлозиви или гасови повезани са болестима које се налазе у људском даху.
Средњи инфрацрвени ласери велике снаге који се генеришу у ултрабрзим импулсима су веома тражени јер подржавају високо осетљиве уређаје који могу безбедно да детектују са удаљености чак и количине супстанци у траговима које би иначе остале непримећене или их је тешко идентификовати.
Недавно су научници предвођени НТУ Сингапуром развили нову методу за производњу интензивних и ултра брзих ласера. Овај метод, кажу, „обећава стварање прецизних уређаја који могу да убрзају откривање трагова загађивача и штетних гасова“.
Међутим, тренутне конвенционалне методе за генерисање таквих ласера ​​имају своје недостатке: једна метода захтева лабораторијске услове без сметњи које могу погрешно ускладити прецизно калибрисану опрему (нпр. вибрације, варијације температуре/влажности) - што значи да се ласери не могу користити ван лабораторије.
Други метод може да генерише ласере док се носи са сметњама у окружењу као што су вибрације, али они нису довољно јаки да прецизно детектују количине супстанци у траговима. Ново истраживање са технолошког универзитета Нанианг бавило се овим изазовима.
Резултати су објављени у Ласерс ＆ Пхотоницс Ревиевс.
Истраживачи су користили специјално израђена шупља оптичка влакна за генерисање веома светле ласерске светлости у средњем инфрацрвеном опсегу подешавањем дебљине неутронске структуре влакна.
Чанг Вонкеун, доцент на Школи за електротехнику и електронику Технолошког универзитета Нањанг, који је водио ову најновију студију, рекао је: „Наш приступ утире пут развоју преносивих, моћних и брзих ласерских генератора средњег инфрацрвеног спектра који се не ослањају на добро контролисано окружење без вибрација за одржавање рада."
"То значи да их можемо упарити са детекторима и користити их на терену да бисмо помогли у тестирању и идентификацији великог броја непознатих супстанци. У исто време, нема потребе да трошите додатно време на слање узорака у лабораторију на тестирање, чак и у количине у траговима“.
Предности детекције
Средњи инфрацрвени ласери, са таласним дужинама у распону од 2ум-20ум, нуде предности у односу на друге ласере у откривању супстанци. Много различитих типова молекула апсорбује ласере у средњем инфрацрвеном опсегу на јединствен начин, више од других таласних дужина, што је карактеристика која се може користити за идентификацију непознатих супстанци. Поред тога, чак и ако је вода присутна у овим супстанцама, за разлику од других ласера, молекули воде не утичу на тачност идентификације супстанци помоћу ласера ​​средњег инфрацрвеног спектра.
Један од начина да се генеришу средњи инфрацрвени ласери велике снаге у брзим рафалима је да - емитују светло и ултра брзо блиско инфрацрвено зрачење кроз оптичко влакно, које има кратку таласну дужину. Средњи инфрацрвени ласери произведени од оптичких влакана са чврстим стакленим центрима обично нису јако јаки, што отежава прецизно откривање малих количина материје.
Да би се произвели средње инфрацрвени ласери високог интензитета, обично је потребно окружење без сметњи, што ограничава употребу ласера ​​на лабораторију и отежава реализацију специфичних апликација. Професор Зханг са технолошког универзитета Нанианг решио је ове проблеме коришћењем шупљих стаклених влакана. Ово је открио када је користио компјутерске симулације да одреди врсту блиског инфрацрвеног зрачења које се може произвести када прође кроз шупља влакна.
Конверзија таласне дужине
За разлику од конвенционалних оптичких влакана, ово цевасто шупље влакно има прстен мањих стаклених цеви око шупљег центра влакна. Симулације су показале да би варирањем дебљине зида минијатурних цеви од влакана било обећавајуће да се ласери близу инфрацрвеног спектра претварају у моћне, ултра брзе средње инфрацрвене ласере.
Његов тим је потом спровео експерименте у којима су центри шупљих влакана били испуњени гасом аргона, а научници су успели да потврде предвиђања симулација. Направили су средњи инфрацрвени ласер са вршном снагом у опсегу мегавата и таласном дужином од 3 ум-4ум, милион пута снажнији од стандардне сијалице.
Ова ласерска конверзија се дешава зато што ласер близу инфрацрвеног зрачења ступа у интеракцију са обликом оптичког влакна, које трансформише ласер у средње инфрацрвено светло побуђујући молекуле гаса аргона. Дебљина микроепрувета је повезана са нешто више од двоструке таласне дужине произведене средње инфрацрвене ласерске светлости - тако да мини цев са дебљином зида од 1,6 ум производи ласерско светло на вршној таласној дужини од око 3,7 ум.
Професор Самбастиен фсамвриер (са Универзитета у Лиможу), дугогодишњи истраживач ласера ​​средњег инфрацрвеног спектра, рекао је да је метода генерисања ласера ​​на технолошком универзитету Нанианг "у оштрој супротности са уређајима који обично укључују сложене нелинеарне аранжмане".
Професор ссамбастиен фсамвриер је рекао: „Поред тога, пошто се оптичка влакна могу спојити једно са другим, ови резултати утиру пут за генерисање средње инфрацрвених ласера ​​на које не утичу покретни механички делови.“