中红外激光系统用于探测大气化学物质

麻省理工学院和其他地方的研究人员发现了一种新方法，利用中红外激光将露天区域的分子转化为带电气体或等离子体的发光灯丝。这种新方法可以进行远程环境监测，以高灵敏度检测大范围的化学物质。

新系统利用中红外超快脉冲激光系统来生成纤维，其颜色可以揭示不同分子的化学指纹。这一发现发表在本周的《光学》杂志上，由麻省理工学院电子研究实验室的首席研究员Kyung-Han Hong和其他七名麻省理工学院的研究人员共同撰写;纽约州宾汉姆顿;还有德国汉堡。

Hong解释说，这种由电磁波谱中近红外部分的激光产生的细丝已经得到了广泛的研究，因为它们有望用于基于激光的测距和遥感等领域。由高功率激光产生的灯丝现象，用来抵消激光光束穿过空气时通常发生的衍射效应。当功率水平达到某一点并产生细丝时，它们提供了一种自我引导的通道，使激光束紧密聚焦。

但是中红外波长，而不是近红外波长，为探测各种各样的生化化合物和空气污染物提供了最大的希望。然而，迄今为止，试图在室外产生中红外纤维的研究人员几乎没有取得成功。

此前只有一个研究团队成功地在空气中产生了中红外激光丝，但它的速度要慢得多，约为每秒20次脉冲。Hong说，这项新工作每秒使用1000个脉冲，这是第一次以实际检测工具所需的高速率进行。

人们希望利用这种技术来检测几公里外的化学物质，”洪说，但他们在使这种系统工作方面遇到了困难。该团队成功的关键之一是使用高功率飞秒激光器，脉冲长度只有30飞秒，或十亿分之一秒。他说，波长越长，由于衍射越强，产生所需的细丝所需的激光峰值功率就越大。但该团队的飞秒激光器，加上所谓的参数放大器，为这项任务提供了必要的功率。这种新型激光系统是在过去几年里与汉堡的Franz X. Kaertner和其他小组成员一起开发的。Hong说，在这些中红外波长，该设备产生“世界上最高的峰值功率水平之一”，产生100吉瓦(GW，或10亿瓦)的峰值功率。

他说，在这些中红外波长下产生灯丝至少需要45gw的电力，所以这个设备很容易满足这一要求，研究小组证明它确实像预期的那样工作。这为远距离探测空气中各种各样的化合物提供了可能。

Hong说，使用光谱加宽的中红外激光灯丝，“我们几乎可以检测到任何你想检测的分子”，包括各种生物危害和污染物，通过检测灯丝的确切颜色。在中红外范围内，可以很容易地分析特定化学物质的吸收光谱。

到目前为止，这些实验仅限于实验室内较短的距离，但该团队预计，随着进一步的发展，在更大的范围内，同样的系统没有理由不奏效。“这只是一个原则性的示范，”洪说。

麻省理工学院

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-由克里斯·瓦夫拉编辑，制作编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．查看更多控制工程处理传感器和执行器故事．

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