Resultados de desplazamiento obtenidos a partir de la transformada de Fourier de la modulación de fase del barrido 1D de la muestra. Crédito:Nokia Bell Labs
Los investigadores han desarrollado una nueva técnica basada en láser que puede realizar simultáneamente LiDAR y mediciones químicas remotas. LiDAR, que significa detección de luz y rango, utiliza un láser para medir distancias o rangos. Agregar información química a las mediciones LiDAR podría ser útil para aplicaciones como el mapeo químico remoto, la detección de trazas de productos químicos, el monitoreo de procesos industriales y el control de calidad.
"Al cartografiar e identificar la composición del entorno, podemos aumentar las interacciones humanas y los procesos industriales del futuro con información de objetos multidimensionales más allá del alcance y la detección", dijo Bibek R. Samanta, personal técnico de Nokia Bell Labs.
Samanta presentará la investigación en la reunión Frontiers in Optics + Laser Science Conference (FiO LS) que se llevará a cabo en Rochester, Nueva York y en línea del 17 al 20 de octubre de 2022. La presentación de Samanta está programada para el lunes 17 de octubre de 2022 a las 12:00 EDT (UTC—04:00).
Combinando métodos
La nueva técnica, que combina espectroscopia fototérmica y LiDAR, resuelve la información química mediante la detección de deformaciones superficiales subnanométricas debidas a la absorción fototérmica de un láser de bombeo. Estos efectos fototérmicos son causados por modulaciones de intensidad del haz de la bomba.
Los investigadores utilizaron un láser de fuente de barrido como haz de prueba para realizar un escaneo LiDAR en una configuración de onda continua de frecuencia modulada. El haz de la bomba era un láser de diodo láser infrarrojo estabilizado en longitud de onda modulado mediante una rueda de corte. Ambos haces fueron colimados, combinados y enfocados en el mismo punto a unos 8 centímetros de distancia. Para esta configuración, los investigadores estimaron una resolución axial de unas 150 micras en el aire y una profundidad de imagen de unos 30 centímetros.
Los investigadores probaron su nuevo enfoque utilizando un bloque de plástico transparente impreso en 3D con canales profundos de 500 micrones que contenían resina epoxi mezclada con un color acrílico verde o un tinte absorbente de infrarrojo cercano (NIR). Pudieron observar desplazamientos superficiales de 0,2 a 0,3 nm que resultaron de la absorción fototérmica del epoxi que contenía el colorante NIR. Esto estuvo de acuerdo con los valores estimados y fue aproximadamente un orden de magnitud mayor que el ruido de referencia del sistema.
Al escanear la muestra lateralmente, los investigadores crearon un escaneo LiDAR químicamente sensible que mostró la ubicación del tinte NIR pero no la resina acrílica verde. Aunque en esta demostración se usó un láser infrarrojo, se podrían usar otras longitudes de onda para identificar otros materiales.
"Usando sistemas láser sintonizables y un ensamblaje óptico integrado de escaneo rápido, planeamos implementar la identificación espectroscópica de materiales domésticos comunes para crear un mapa 5D del medio ambiente", explica Samanta. Un nuevo proceso de cloración basado en láser para crear patrones de alto dopaje en grafeno
