Risultati di spostamento ottenuti dalla trasformata di Fourier della modulazione di fase della scansione 1D del campione. Credito:Nokia Bell Labs
I ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnica basata sul laser in grado di eseguire simultaneamente LiDAR e misurazioni chimiche remote. LiDAR, che sta per rilevamento e portata della luce, utilizza un laser per misurare le distanze o le gamme. L'aggiunta di informazioni chimiche alle misurazioni LiDAR potrebbe essere utile per applicazioni come la mappatura chimica remota, il rilevamento di tracce di sostanze chimiche, il monitoraggio dei processi industriali e il controllo della qualità.
"Mappatura e identificazione della composizione dell'ambiente, possiamo aumentare le interazioni umane e i processi industriali del futuro con informazioni sugli oggetti multidimensionali oltre la semplice portata e rilevamento", ha affermato Bibek R. Samanta, staff tecnico di Nokia Bell Labs.
Samanta presenterà la ricerca alla riunione della Frontiers in Optics + Laser Science Conference (FiO LS) che si terrà a Rochester, New York e online dal 17 al 20 ottobre 2022. La presentazione di Samanta è prevista per lunedì 17 ottobre 2022 ottobre alle 12:00 EDT (UTC—04:00).
Metodi combinati
La nuova tecnica, che combina la spettroscopia fototermica e il LiDAR, risolve le informazioni chimiche rilevando deformazioni superficiali sub-nanometriche dovute all'assorbimento fototermico di un laser a pompa. Questi effetti fototermici sono causati dalle modulazioni di intensità del fascio della pompa.
I ricercatori hanno utilizzato un laser a sorgente spazzata come raggio sonda per eseguire una scansione LiDAR in una configurazione a onda continua a modulazione di frequenza. Il raggio della pompa era un laser a diodi laser a infrarossi stabilizzato in lunghezza d'onda modulato utilizzando una ruota chopper. Entrambi i fasci sono stati collimati, combinati e focalizzati sullo stesso punto a circa 8 centimetri di distanza. Per questa configurazione, i ricercatori hanno stimato una risoluzione assiale di circa 150 micron nell'aria e una profondità di imaging di circa 30 centimetri.
I ricercatori hanno testato il loro nuovo approccio utilizzando un blocco di plastica trasparente stampato in 3D con canali profondi 500 micron contenenti resina epossidica miscelata con un colore acrilico verde o un colorante assorbente nel vicino infrarosso (NIR). Sono stati in grado di osservare gli spostamenti superficiali da 0,2 a 0,3 nm risultanti dall'assorbimento fototermico della resina epossidica contenente il colorante NIR. Questo concordava con i valori stimati ed era di circa un ordine di grandezza maggiore del rumore di base del sistema.
Scansionando il campione lateralmente, i ricercatori hanno creato una scansione LiDAR chimicamente sensibile che mostrava la posizione del colorante NIR ma non la resina acrilica verde. Sebbene in questa dimostrazione sia stato utilizzato un laser a infrarossi, è possibile utilizzare altre lunghezze d'onda per identificare altri materiali.
"Utilizzando sistemi laser sintonizzabili e un gruppo ottico integrato a scansione rapida, prevediamo di implementare l'identificazione spettroscopica di materiali domestici comuni per creare una mappa 5D dell'ambiente", spiega ulteriormente Samanta. + Esplora ulteriormente
