Ultrasnelle lasertechnologieën bieden nieuwe strategieën voor teledetectie van luchtverontreinigende stoffen en gevaarlijke biochemische agentia vanwege hun unieke voordelen van hoog piekvermogen, korte pulsduur en brede spectrale dekking.

Vooral luchtlasing is veelbelovend in atmosferische teledetectie vanwege het vermogen om holtevrije lichtversterking in de open lucht te genereren. Het is geschikt als sonde voor atmosferische diagnose.

Onlangs heeft een onderzoeksteam van het Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) een coherente Raman-spectroscopie met luchtlasing voorgesteld, die kwantitatieve meting en gelijktijdige detectie van twee broeikasgassen realiseert, zoals evenals identificatie van CO₂ isotopen. De detectiegevoeligheid bereikt 0,03% en de minimale signaalfluctuatie is ongeveer 2%.

Het werk is gepubliceerd in Ultrafast Science op 8 april

De extreem niet-lineaire interactie van de femtosecondelaser met luchtmoleculen wekt de optische versterking van moleculaire stikstofionen op en bereikt een zaadversterking van meer dan 1000 keer, wat resulteert in 428 nm luchtlasing met een lijnbreedte van 13 cm ^-1 .

Ondertussen heeft de spectrale breedte van de pomplaser 3800 cm bereikt ^-1 na niet-lineaire voortplanting, die meer dan één orde van grootte breder is dan het spectrum van de invallende laser.

Het maakt dus de excitatie van de moleculaire coherente trillingen van de meeste verontreinigende stoffen en broeikasgassen mogelijk. Wanneer luchtlasing coherent trillende moleculen tegenkomt, zal het effectief coherente Raman-verstrooiing produceren. Door het frequentieverschil van Raman-signaal en luchtlasing te registreren, namelijk de Raman-vingerafdruk, kan de moleculaire identiteitsinformatie worden bepaald.

Luchtlasing-ondersteunde coherente Raman-spectroscopie combineert de voordelen van femtoseconde laser en luchtlasing. Femtosecond laser heeft een brede spectrale dekking en een korte pulsduur, die coherente trillingen van veel moleculen tegelijk kan opwekken. Luchtlasing heeft een smalle spectrale breedte, waardoor de Raman-vingerafdrukken van verschillende moleculen kunnen worden onderscheiden. Daarom kan deze techniek voldoen aan de behoeften van meercomponentenmeting en chemische specificiteit.

Verder toonden de onderzoekers aan dat de techniek kan worden toegepast voor gelijktijdige meting van meerdere componenten en het onderscheiden van ¹² CO₂ en ¹³ CO₂ . De gelijktijdige meting van verschillende verontreinigende stoffen en broeikasgassen en de detectie van CO₂ isotopen zijn van groot belang voor het opsporen van de bronnen van luchtvervuiling en het bestuderen van de koolstofcyclus.

Voor een realistische toepassing van spoorgasdetectie op afstand is het echter noodzakelijk om de detectiegevoeligheid te verbeteren tot het ppm- of zelfs ppb-niveau, evenals de detectieafstand van de laboratoriumschaal tot de kilometerschaal te vergroten. + Verder verkennen

THz-vingerafdruk vibrationele spectroscopie met een ultrasnelle spectrale snelheid