根據(jù)發(fā)表在《APL Photonics》上的一項研究，馬克斯-普朗克光科學研究所(MPL)的科學家們開發(fā)出了一種增強型激光技術，旨在精確探測和監(jiān)測大氣中的氣候污染物。

甲烷和二氧化碳一樣，是導致全球變暖的重要因素。

高功率鐿薄盤激光器為光學參量振蕩器(OPO)提供動力，從而在短波紅外(SWIR)光譜帶產(chǎn)生穩(wěn)定的高功率脈沖。這使研究人員能夠檢測和分析多種大氣化合物。這項創(chuàng)新技術在跟蹤溫室氣體循環(huán)和了解氣候變化影響方面發(fā)揮著至關重要的作用。

短期污染物對全球變暖有顯著影響。例如，甲烷與溫室效應的關系尤為密切，因為它的升溫潛力是二氧化碳的 25 倍。然而，由于兩個主要原因，檢測和監(jiān)測這些污染物具有挑戰(zhàn)性。

首先，在通常用于檢測的傳統(tǒng)紅外波段中，許多氣體的吸收光譜會重疊，并受到水蒸氣的干擾。其次，由于這些污染物在大氣中易揮發(fā)，因此難以追蹤。新的激光技術克服了這些挑戰(zhàn)，將重點放在了西南紅外波段，甲烷等污染物對該波段的吸收很強，而水蒸氣對該波段的吸收卻很小。

鐿薄盤激光器以百萬赫茲的重復頻率產(chǎn)生高功率飛秒脈沖，是這一突破的核心。這使得激光能夠泵浦 OPO，從而將脈沖轉(zhuǎn)換到具有超強強度和功率的 SWIR 區(qū)域。

OPO 能夠產(chǎn)生穩(wěn)定、可調(diào)的 SWIR 脈沖，是高靈敏度光譜應用的理想選擇，其工作頻率是泵浦激光器的兩倍。此外，該團隊的創(chuàng)新方法還包括對 OPO 輸出進行寬帶高頻調(diào)制，從而提高信噪比，實現(xiàn)更精確的探測。

馬克斯-普朗克光科學研究所博士生Anni Li：“由于鐿薄盤激光器的功率可擴展性，我們激光系統(tǒng)的輸出可以擴展到更高的平均功率和峰值功率。利用該系統(tǒng)對污染物進行實時精確檢測，可以更深入地了解溫室氣體的動態(tài)變化。這將有助于解決我們在了解氣候變化方面所面臨的一些挑戰(zhàn)?！?/p>

場分辨光譜學和飛秒場鏡技術使研究人員能夠在干擾最小的情況下檢測和研究各種大氣化合物，而激光器在西南紅外波段產(chǎn)生高功率穩(wěn)定脈沖的能力則增強了這一技術。

馬克斯-普朗克光科學研究所首席研究員兼研究組組長Hanieh Fattahi博士：“這項新技術不僅適用于大氣監(jiān)測和氣體傳感，而且在其他科學領域也具有潛力，例如需要高帶寬調(diào)制激光器的地球軌道通信領域?！?/p>

研究人員計劃進一步開發(fā)該系統(tǒng)，為地對空光通信和實時污染物監(jiān)測創(chuàng)建一個靈活的平臺。

審核編輯 黃宇