Ultrasnabba laserteknologier ger nya strategier för fjärranalys av atmosfäriska föroreningar och farliga biokemiska ämnen på grund av deras unika fördelar med hög toppeffekt, kort pulslängd och bred spektral täckning.

Speciellt visar luftlasing lovande inom atmosfärisk fjärranalys på grund av dess förmåga att generera kavitetsfri ljusförstärkning i det fria. Den är lämplig som sond för atmosfärisk diagnos.

Nyligen föreslog ett forskarlag från Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) en luftlaserassisterad koherent Raman-spektroskopi, som realiserar kvantitativ mätning och samtidig detektering av två växthusgaser, som samt identifiering av CO₂ isotoper. Detektionskänsligheten når 0,03 % och den minsta signalfluktuationen är cirka 2 %.

Verket publicerades i Ultrafast Science den 8 april.

Femtosekundlaserns extremt olinjära interaktion med luftmolekyler exciterar den optiska förstärkningen av molekylära kvävejoner och uppnår en fröförstärkning på mer än 1 000 gånger, vilket resulterar i 428 nm luftlaser med en linjebredd på 13 cm ^-1 .

Samtidigt har pumplaserns spektrala bredd nått 3800 cm ^-1 efter olinjär utbredning, som är mer än en storleksordning bredare än spektrumet för den infallande lasern.

Det möjliggör således exciteringen av de molekylärt koherenta vibrationerna av de flesta föroreningar och växthusgaser. När luftlasring möter koherent vibrerande molekyler kommer det effektivt att producera koherent Raman-spridning. Genom att registrera frekvensskillnaden mellan Raman-signal och luftlasring, nämligen Raman-fingeravtrycket, kan informationen om molekylär identitet bestämmas.

Luftlaserassisterad koherent Raman-spektroskopi kombinerar fördelarna med femtosekundlaser och luftlaser. Femtosekundlaser har en bred spektral täckning och en kort pulslängd, vilket kan excitera koherenta vibrationer av många molekyler samtidigt. Luftlasering har en smal spektral bredd, vilket gör det möjligt att särskilja Raman-fingeravtrycken från olika molekyler. Därför kan denna teknik möta behoven av flerkomponentmätning och kemisk specificitet.

Vidare visade forskarna att tekniken kan användas för simultan mätning av flera komponenter och särskiljning av ¹² CO₂ och ¹³ CO₂ . Samtidig mätning av olika föroreningar och växthusgaser samt detektering av CO₂ isotoper är av stor betydelse för att spåra källorna till luftföroreningar och studera kolets kretslopp.

För realistisk tillämpning av spårgasfjärrdetektion är det emellertid nödvändigt att förbättra detekteringskänsligheten till ppm- eller till och med ppb-nivån, samt utöka detekteringsavståndet från laboratorieskalan till kilometerskalan. + Utforska vidare

THz–fingeravtrycksvibrationsspektroskopi vid en ultrasnabb spektralhastighet