科學家開發出可輸出高功率中紅外激光的新方法

2024-05-22 13:56:15來源：OFweek激光網關鍵詞：紅外激光器閱讀量：23788

導讀：目前，紅外范圍內的激光已具備在幾分鐘內分析空氣中各種物質的能力，無論是溫室氣體、有毒物質、爆炸物還是與人體健康相關的氣體。

　　近日，由新加坡南洋理工大學(NTU Singapore)領導的一組科學家開發了一種新方法，該方法能生成強烈的超快激光，有望制造出能夠加快“嗅”出微量污染物和有害氣體的精確設備。

　　目前，紅外范圍內的激光已具備在幾分鐘內分析空氣中各種物質的能力，無論是溫室氣體、有毒物質、爆炸物還是與人體健康相關的氣體。

　　其中，高功率的中紅外激光器尤為關鍵，它們支持著高度敏感的遠程探測設備，可安全地檢測出即使是微量的物質，這些物質在普通條件下可能難以察覺。

　　然而，當前制造這種激光器的技術面臨挑戰。一方面，部分方法需要嚴格的實驗室環境，無法容忍任何形式的干擾，如振動、溫度或濕度的變化，這限制了其在實際環境中的應用。另一方面，雖然有些方法能在不穩定的環境中產生激光，但其強度卻不足以精確檢測微量物質。

　　新加坡南洋理工大學的研究團隊在Chang Wonkeun助理教授的帶領下，通過采用特制的空心光纖并調整其內部結構的厚度，成功解決了上述難題。這種新方法能在中紅外范圍內產生高亮度的激光，無需依賴穩定的實驗室環境。

　　Chang教授表示：“我們的技術為便攜式、高效且快速的中紅外激光器的開發提供了新途徑。這些激光器無需在嚴格的控制環境下運行，因此可以與探測器結合，在現場直接用于測試和識別各種未知物質。這意味著，即使對于微量的物質，我們也不再需要將樣品送到實驗室進行檢測，大大節省了時間和資源。”

　　空心光纖技術，使得中紅外激光器(波長為2-20微米)在探測物質時展現出顯著優勢。許多分子對中紅外范圍內的激光具有獨特的吸收特性，使得這種激光在識別未知物質時尤為有效。此外，即使物質中存在水分，中紅外激光也能準確識別，不受水分子干擾。

　　Chang Wonkeun助理教授通過計算機模擬發現，通過改變空心光纖微型管的壁厚，可以將近紅外激光轉換為高功率的中紅外激光。實驗結果表明，他們成功制造出了波長為3-4微米的中紅外激光器，其峰值功率高達兆瓦級，遠超標準燈泡的功率。

　　里摩日大學的ssambastien fsamvrier教授評價稱，南洋理工大學團隊的方法與傳統的復雜非線性安排截然不同，為制造穩定的中紅外激光器提供了新的思路。此外，由于空心光纖可以相互拼接，這為生產無移動機械部件的中紅外激光器提供了可能。

　　實驗數據顯示，該團隊制造的中紅外激光器比現有技術強約1000倍，其功率足以在遠距離內探測到微量物質。Chang教授進一步指出：“憑借如此高強度的激光，我們可以實現前所未有的靈敏度，并有望利用這些設備安全地檢測那些傳統方法難以發現的微量物質。”

　　這項研究成果不僅為開發更精確的環境監測設備提供了技術支持，還可能在健康監測領域發揮重要作用。例如，通過檢測呼吸中的甲烷含量，該技術可用于結直腸癌的早期篩查。

　　展望未來，研究團隊計劃進一步拓展中紅外激光器的波長范圍，以提高其探測能力。張助理教授認為，理論上該方法可產生波長達10微米的中紅外激光，這將進一步拓寬其在環境監測、安全檢測等領域的應用范圍。

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