دانشمندان روش جدیدی برای تولید لیزرهای پرقدرت مادون قرمز میانی ابداع کردند

اخیراً گروهی از دانشمندان به رهبری دانشگاه فناوری نانیانگ سنگاپور (NTU سنگاپور) روش جدیدی را توسعه داده اند که می تواند نور لیزری فوق سریع شدید تولید کند و انتظار می رود تجهیزات دقیقی ایجاد کند که می تواند "بوییدن" آلاینده های ردیابی را تسریع بخشد. و گازهای مضر
در حال حاضر، لیزرهای موجود در محدوده مادون قرمز این توانایی را دارند که طیف وسیعی از مواد موجود در هوا را در عرض چند دقیقه تجزیه و تحلیل کنند، خواه آنها گازهای گلخانه ای، سموم، مواد منفجره یا گازهای مرتبط با سلامت انسان باشند.
از این میان، لیزرهای پرقدرت مادون قرمز میانی به ویژه حیاتی هستند و از تجهیزات تشخیص از راه دور بسیار حساس پشتیبانی می‌کنند که می‌توانند به طور ایمن حتی مقادیر کمی از مواد را که ممکن است در شرایط معمولی تشخیص آنها دشوار باشد، شناسایی کنند.
با این حال، فناوری های فعلی برای تولید چنین لیزرهایی با چالش هایی روبرو هستند. از یک طرف، برخی از روش‌ها به محیط‌های آزمایشگاهی سخت‌گیرانه نیاز دارند که هیچ گونه تداخلی را تحمل نمی‌کنند، مانند تغییرات لرزش، دما یا رطوبت، که کاربرد آنها را در محیط‌های واقعی محدود می‌کند. از سوی دیگر، در حالی که برخی از روش ها قادر به تولید نور لیزر در محیط های ناپایدار هستند، شدت آن به اندازه کافی قوی نیست تا مقادیر کمی از مواد را به دقت تشخیص دهد.
یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه فناوری نانیانگ در سنگاپور به سرپرستی دستیار پروفسور چانگ وونکئون، با استفاده از فیبر توخالی مخصوص و تنظیم ضخامت ساختار داخلی آن، چالش های فوق را با موفقیت حل کرده است. روش جدید می تواند نور لیزری با روشنایی بالا در محدوده مادون قرمز متوسط ​​بدون تکیه بر یک محیط آزمایشگاهی پایدار تولید کند.
پروفسور چانگ گفت: تکنیک ما راه جدیدی برای توسعه لیزرهای مادون قرمز میانی قابل حمل، کارآمد و سریع ارائه می‌کند. برای آزمایش و شناسایی طیف گسترده‌ای از مواد ناشناخته، این بدان معناست که دیگر نیازی به ارسال نمونه‌ها به آزمایشگاه‌ها، حتی برای مقادیر کمی از مواد، نداریم، که باعث صرفه‌جویی قابل توجهی در زمان و منابع می‌شود.
فناوری فیبر توخالی، که به لیزرهای مادون قرمز میانی (طول موج‌های 2-20 میکرون) اجازه می‌دهد تا مزایای قابل‌توجهی را هنگام شناسایی مواد نشان دهند. بسیاری از مولکول ها دارای خواص جذب منحصر به فردی برای لیزرهای در محدوده مادون قرمز متوسط ​​هستند که این لیزرها را به ویژه در شناسایی مواد ناشناخته موثر می کند. علاوه بر این، لیزر مادون قرمز میانه می تواند مواد را حتی در صورت وجود آب، بدون دخالت مولکول های آب، به دقت تشخیص دهد.
دستیار پروفسور Chang Wonkeun از طریق شبیه سازی های کامپیوتری کشف کرد که با تغییر ضخامت دیواره میکرولوله های فیبر توخالی، می توان لیزرهای نزدیک به مادون قرمز را به لیزرهای مادون قرمز میانی پرقدرت تبدیل کرد. نتایج تجربی نشان داد که آنها موفق به ایجاد لیزرهای مادون قرمز میانی با طول موج 3-4 میکرومتر و حداکثر توان تا مگاوات شدند که بسیار بیشتر از یک لامپ استاندارد است.
پروفسور ssambastien fsamvrier از دانشگاه لیموژ اظهار داشت که رویکرد تیم دانشگاه فناوری نانیانگ با آرایش غیرخطی پیچیده سنتی بسیار متفاوت است و روش جدیدی از تفکر برای ساخت لیزرهای مادون قرمز میانی پایدار ارائه می دهد. علاوه بر این، از آنجایی که الیاف توخالی را می توان با یکدیگر متصل کرد، این امکان را برای تولید لیزرهای مادون قرمز میانی بدون قطعات مکانیکی متحرک باز می کند.
داده‌های تجربی نشان می‌دهند که لیزرهای مادون قرمز میانی ساخته شده توسط این تیم حدود 1،000 برابر قوی‌تر از تکنیک‌های موجود هستند و به اندازه کافی برای شناسایی مواد ردیابی در فواصل طولانی قدرتمند هستند. چانگ در ادامه خاطرنشان کرد: "با چنین لیزرهای با شدت بالایی می‌توانیم به حساسیت بی‌سابقه‌ای دست یابیم و انتظار داشته باشیم که از این دستگاه‌ها برای شناسایی ایمن مقادیر کمی از موادی استفاده کنیم که تشخیص آنها با روش‌های مرسوم دشوار است. موادی که تشخیص آنها با روش‌های مرسوم دشوار است."
نتایج این تحقیق نه تنها پشتیبانی فنی برای توسعه تجهیزات پایش زیست محیطی دقیق تر ارائه می دهد، بلکه ممکن است نقش مهمی در زمینه پایش سلامت ایفا کند. به عنوان مثال، با تشخیص سطوح متان در نفس، می توان از این روش برای غربالگری زودهنگام سرطان کولورکتال استفاده کرد.
با نگاهی به آینده، تیم تحقیقاتی قصد دارد دامنه طول موج لیزر مادون قرمز میانی را بیشتر گسترش دهد تا قابلیت تشخیص آن را بهبود بخشد. به گفته دستیار پروفسور Zhang، این روش از نظر تئوری می تواند لیزرهای مادون قرمز میانی با طول موج تا 10 میکرومتر تولید کند که کاربرد آن را در زمینه هایی مانند نظارت بر محیط زیست و تشخیص ایمنی بیشتر خواهد کرد.