Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Tenner luften for atmosfærisk forskning

Anonim

Forskere fra Wien og Moskva har skapt en høy-energi mid-infrarød laser kraftig nok til å skape skinnende filamenter i luften. Slike innretninger kan brukes til å oppdage kjemiske stoffer i atmosfæren.

annonse


Det ser litt ut som en lightsaber fra Star Wars: når en ekstremt intens laserpuls sendes gjennom luften, kan den fokusere seg selv og skape en smal glødelampe. Ved å skyte slike filamenter i himmelen og analysere spredt lys, ville det være mulig å spore forurensende stoffer i atmosfæren. For å oppnå dette er det nødvendig med lasere med mid-infrarøde bølgelengder. Imidlertid er det svært vanskelig å nå den kritiske kraften til å produsere en slik filament med mid-infrarøde laserstråler. Ved disse bølgelengder har laserfilamenter kun blitt produsert i høytrykksgassrør. Nå har et østro russisk forskerhold lykkes i å bygge en ny type mid-infrarød laser som er så intens at den antenner laserfilamenter i luften ved normalt atmosfærisk trykk.

Luft som fungerer som en linse

Normalt er en lysstråle diffradert og divergerer når den forplantes. For å fokusere strålen er det nødvendig med en slags linser. "En intens laserpuls kan skape et slikt objektiv i luften av seg selv, " sier Audrius Pugzlys (Photonics Institute, Wien University of Technology). Brytningsindeksen for luften avhenger av strålens intensitet. Denne intensiteten er ikke ensartet, den er høyest i midten av strålen. Dette skaper en fokuseringslinse i luften. "Denne laserpulsinnstilte linsen virker tilbake på den overordnede laserstrålen ved å fokusere den og skape plasma, som i sin tur har en tendens til å defokusere strålen, " sier Skirmantas Alisauskas (Wien University of Technology). Samspillet mellom fokuserings- og defokuseringseffekter skaper en smal filament som kan være dusinvis av centimeter eller til og med noen få meter lang. Ved spatial og temporal forming av pulser er det mulig å kontrollere posisjonen i himmelen hvor filamentet er opprettet.

De mest interessante bølgelengdene er infrarøde

"Når en skinnende laserfilament er opprettet, genererer den bredbåndsinfrarødt lys som kan fortelle oss om luftens kjemiske sammensetning, sier Audrius Pugzlys. Mange molekyler absorberer lys i det mid-infrarøde spektralområdet på en svært karakteristisk måte, slik at de kan identifiseres. Derfor er kraftige laserstråler i midten av infrarød rekkevidde nødvendig for å antennes filamentene og for å muliggjøre ekstern atmosfærisk sensing. Men i lang tid har slike mid-infrarøde lasere som genererer svært korte og høye energipulser, ikke vært tilgjengelige.

Et team av forskere ved Photonics Institute of Vienna University of Technology har jobbet i mange år med å designe en ultralyd puls kilde med høy energi. "For en tid har vi allerede vært i stand til å antennes filamenter i høytrykks-gassrør fylt med nitrogen eller oksygen. Men nå har vi endelig lykkes i å øke pulsenergien til et slikt nivå at filamenter blir produsert i luft ved normalt trykk, sier Skirmantas Alisauskas. Forsøket ble utført sammen med et forskergruppe fra Russland, ved hjelp av et lasersystem som ble installert i Russisk kvantesenter i Moskva ved hjelp av forsterkningsteknologien utviklet i Wien.

Neste trinn: En laser i midten av luften

De neste trinnene er allerede planlagt: I laboratoriet har teamet vist at det er mulig å få den mid-infrarøde laseren til å interagere med nitrogen på en slik måte at den ikke bare lager et skinnende plasma-filament, men at det blir filamentet inn i en laser, skinner en stråle rett tilbake mot den infrarøde laserkilden.

"Hvis vi kunne få denne effekten i filamentet i atmosfæren, kunne vi lage en laser på himmelen. Vi ville ha to laserstråler som forplantes langs samme akse i motsatte retninger - en sparket opp av vår laser kilde, den andre sparken tilbake av luften selv, sier Audrius Pugzlys. "Hvis molekylene i mellom blir rammet av to forskjellige lasere samtidig, er det mulig å analysere dem svært nøyaktig via ikke-lineære spredningsprosesser." Mid-infrarød laserfilamentenheten kan en dag brukes til å måle konsentrasjonen av forurensninger over en by eller for å påvise eksternt skadelige stoffer etter en kjemisk ulykke.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Wien University of Technology, TU Wien . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. AV Mitrofanov, AA Voronin, DA Sidorov-Biryukov, A. Pugžlys, EA Stepanov, G. Andriukaitis, T. Flöry, S. Ališauskas, AB Fedotov, A. Baltuška, AM Zheltikov. Mid-infrarøde laserfilamenter i atmosfæren . Vitenskapelige rapporter, 2015; 5: 8368 DOI: 10, 1038 / srep08368