Setup sperimentale. M1, M2:specchio riflettente; L1-L5:lente; SP:piatto in zaffiro; BBO:beta bario borato; DM1-DM3:specchio dicroico; GT:prisma di Glan-Taylor; F1:filtro a banda stretta con lunghezza d'onda centrale di 428 nm e larghezza di banda di 1 nm; F2:combinazione di filtri variabili per la registrazione del segnale Raman a diverse lunghezze d'onda. Il diagramma schematico degli stati di polarizzazione e delle sequenze temporali di pompa, seme e laser ad aria è mostrato nel riquadro. Credito:Scienza Ultraveloce (2022). DOI:10.34133/2022/9761458
Le tecnologie laser ultraveloci forniscono nuove strategie per il telerilevamento di inquinanti atmosferici e agenti biochimici pericolosi grazie ai loro vantaggi esclusivi di elevata potenza di picco, breve durata dell'impulso e ampia copertura spettrale.
In particolare, il laser ad aria mostra risultati promettenti nel telerilevamento atmosferico grazie alla sua capacità di generare un'amplificazione della luce priva di cavità all'aria aperta. È adatto come sonda per la diagnosi atmosferica.
Recentemente, un gruppo di ricerca dello Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha proposto una spettroscopia Raman coerente assistita da laser ad aria, che realizza la misurazione quantitativa e il rilevamento simultaneo di due gas serra, come nonché l'identificazione di CO2 isotopi. La sensibilità di rilevamento raggiunge lo 0,03% e la fluttuazione minima del segnale è di circa il 2%.
Il lavoro è stato pubblicato su Ultrafast Science l'8 aprile.
L'interazione estremamente non lineare del laser a femtosecondi con le molecole d'aria eccita il guadagno ottico degli ioni di azoto molecolare e raggiunge un'amplificazione del seme di oltre 1.000 volte, risultando in un laser ad aria a 428 nm con una larghezza di linea di 13 cm -1 .
Nel frattempo, la larghezza spettrale del laser della pompa ha raggiunto 3800 cm -1 dopo la propagazione non lineare, che è più di un ordine di grandezza più ampio dello spettro del laser incidente.
Consente quindi l'eccitazione delle vibrazioni molecolari coerenti della maggior parte degli inquinanti e dei gas serra. Quando il laser ad aria incontra molecole che vibrano in modo coerente, produrrà efficacemente uno scattering Raman coerente. Registrando la differenza di frequenza del segnale Raman e del laser ad aria, ovvero l'impronta digitale Raman, è possibile determinare le informazioni sull'identità molecolare.
La spettroscopia Raman coerente assistita da laser ad aria combina i vantaggi del laser a femtosecondi e del laser ad aria. Il laser a femtosecondi ha un'ampia copertura spettrale e una breve durata dell'impulso, che può eccitare vibrazioni coerenti di molte molecole contemporaneamente. Il laser ad aria ha una larghezza spettrale ridotta, consentendo di distinguere le impronte Raman di diverse molecole. Pertanto, questa tecnica può soddisfare le esigenze di misurazione multicomponente e specificità chimica.
Inoltre, i ricercatori hanno dimostrato che la tecnica può essere applicata per la misurazione simultanea multicomponente e per distinguere 12 CO2 e 13 CO2 . La misurazione simultanea di vari inquinanti e gas serra, nonché il rilevamento di CO2 gli isotopi sono di grande importanza per tracciare le fonti di inquinamento atmosferico e studiare il ciclo del carbonio.
Tuttavia, per un'applicazione realistica del rilevamento remoto di gas in traccia, è necessario migliorare la sensibilità di rilevamento al livello ppm o addirittura ppb, nonché estendere la distanza di rilevamento dalla scala di laboratorio alla scala chilometrica. + Esplora ulteriormente
