Исследователи из Института науки о свете общества имени Макса Планка (MPL) создали лазерную технологию для точного определения и наблюдения за загрязняющими веществами в атмосфере, включая метан, который играет ключевую роль в глобальном потеплении. Используя иттербиевый лазер с тонким диском для управления оптическим параметрическим генератором (OPO), система генерирует стабильные импульсы в коротковолновом инфракрасном (SWIR) диапазоне.
Выявление краткосрочных загрязнителей, таких как метан, представляет собой сложную задачу из-за помех от водяного пара и их присутствия в атмосфере. Однако, сфокусировавшись на диапазоне SWIR, в котором метан и другие загрязнители сильно поглощаются, тогда как поглощение водяного пара остаётся незначительным, новая лазерная система демонстрирует беспрецедентную чувствительность и точность.
Основной компонент инновации — иттербиевый лазер с тонким диском, создающий мощные фемтосекундные импульсы с мегагерцевой частотой повторения. Это позволяет системе усиливать оптический параметрический генератор, преобразуя лазерные импульсы в SWIR диапазон с высокой мощностью и интенсивностью. Работая с частотой повторения, превышающей удвоенную частоту лазера накачки, OPO выдает стабильные, настраиваемые импульсы SWIR, оптимизированные для высокочувствительной спектроскопии.
«Наш лазерный выход может быть масштабирован до более высоких средних и пиковых мощностей благодаря масштабируемости иттербиевых тонкодисковых лазеров. Использование данной системы для точного определения загрязняющих веществ в реальном времени предоставляет более глубокое понимание динамики парниковых газов, что может помочь решить ряд задач, стоящих перед климатическими исследованиями», — прокомментировала Анни Ли, аспирантка MPL.
Команда также внедрила широкополосную, высокочастотную модуляцию выхода OPO, что способствует улучшению отношения сигнал/шум, обеспечивая ещё большую точность определения. Возможность лазера генерировать мощные, стабильные импульсы в диапазоне SWIR является новым решением для пространственно разрешающей спектроскопии и фемтосекундной микроскопии, позволяя учёным выявлять и анализировать широкий спектр атмосферных соединений с минимальными помехами.
«Эта новая технология полезна не только для мониторинга атмосферы и газового анализа, но она также имеет потенциал в других научных сферах, таких как орбитальная связь, где необходимы высокопропускные модулируемые лазеры», — заявил доктор Хани Фаттахи, ведущий учёный проекта.
Учёные стремятся развивать систему далее с целью создания универсальной платформы для мониторинга загрязняющих веществ в режиме реального времени и осуществления оптической связи между Землей и космосом. Эта технология может сыграть значительную роль в отслеживании циркуляции парниковых газов и последствий изменения климата, обеспечивая более глубокое понимание динамики этих газов и помогая ученым справляться с вызовами климатических изменений.
Источник: iXBT
