Las tecnologías láser ultrarrápidas brindan nuevas estrategias para la detección remota de contaminantes atmosféricos y agentes bioquímicos peligrosos debido a sus ventajas únicas de alta potencia máxima, duración de pulso corta y cobertura espectral amplia.

En particular, el láser de aire se muestra prometedor en la teledetección atmosférica debido a su capacidad para generar amplificación de luz sin cavidades al aire libre. Es adecuado como sonda para el diagnóstico atmosférico.

Recientemente, un equipo de investigación del Instituto de Óptica y Mecánica Fina de Shanghai (SIOM) de la Academia de Ciencias de China (CAS) propuso una espectroscopia Raman coherente asistida por láser de aire, que realiza la medición cuantitativa y la detección simultánea de dos gases de efecto invernadero, como así como la identificación de CO₂ isótopos La sensibilidad de detección alcanza el 0,03 % y la fluctuación mínima de la señal es de aproximadamente el 2 %.

El trabajo fue publicado en Ultrafast Science el 8 de abril.

La interacción extremadamente no lineal del láser de femtosegundo con las moléculas de aire excita la ganancia óptica de los iones de nitrógeno molecular y logra una amplificación de semilla de más de 1000 veces, lo que da como resultado un láser de aire de 428 nm con un ancho de línea de 13 cm ^-1 .

Mientras tanto, el ancho espectral del láser de bomba ha alcanzado los 3800 cm ^-1 después de la propagación no lineal, que es más de un orden de magnitud más amplio que el espectro del láser incidente.

Por lo tanto, permite la excitación de las vibraciones moleculares coherentes de la mayoría de los contaminantes y gases de efecto invernadero. Cuando el láser de aire se encuentra con moléculas que vibran coherentemente, producirá efectivamente una dispersión Raman coherente. Al registrar la diferencia de frecuencia de la señal Raman y el láser de aire, es decir, la huella dactilar Raman, se puede determinar la información de identidad molecular.

La espectroscopia Raman coherente asistida por láser de aire combina las ventajas del láser de femtosegundo y el láser de aire. El láser de femtosegundo tiene una amplia cobertura espectral y una duración de pulso corta, lo que puede excitar vibraciones coherentes de muchas moléculas al mismo tiempo. El láser de aire tiene un ancho espectral estrecho, lo que permite distinguir las huellas dactilares Raman de diferentes moléculas. Por lo tanto, esta técnica puede satisfacer las necesidades de medición de múltiples componentes y especificidad química.

Además, los investigadores demostraron que la técnica se puede aplicar para la medición simultánea de múltiples componentes y distinguir ¹² CO₂ y ¹³ CO₂ . La medición simultánea de varios contaminantes y gases de efecto invernadero, así como la detección de CO₂ Los isótopos son de gran importancia para rastrear las fuentes de contaminación del aire y estudiar el ciclo del carbono.

Sin embargo, para una aplicación realista de la detección remota de gases traza, es necesario mejorar la sensibilidad de detección al nivel de ppm o incluso ppb, así como extender la distancia de detección desde la escala del laboratorio hasta la escala del kilómetro. + Explora más

Espectroscopia vibratoria de huellas dactilares de THz a una velocidad espectral ultrarrápida