Учёные Института науки о свете Общества Макса Планка разработали лазерную технологию для точного обнаружения и контроля загрязняющих веществ в атмосфере, включая метан, влияющий на глобальное потепление. Система использует мощный иттербиевый тонкодисковый лазер для управления оптическим параметрическим генератором, производя стабильные импульсы в коротковолновом инфракрасном спектральном диапазоне.
Обнаружение короткоживущих загрязнителей, например метана, затруднено помехами водяного пара и их присутствием в атмосфере. Новая лазерная система, ориентированная на диапазон SWIR, где метан поглощает сильно, а поглощение воды минимально, обеспечивает беспрецедентную чувствительность и точность обнаружения загрязняющих веществ.
Центральной частью этого новшества является иттербиевый лазер с тонким диском, создающий мощные фемтосекундные импульсы большой частоты. Это позволяет системе усиливать оптический параметрический генератор, преобразуя лазерные импульсы в диапазон SWIR с высокой мощностью и интенсивностью. Работая с частотой повторения, вдвое превышающей частоту повторения лазера накачки, OPO выдаёт стабильные, настраиваемые импульсы SWIR, предназначенные для высокочувствительных спектроскопических приложений.
Лазерная система может быть увеличена по мощности благодаря масштабируемости иттербиевых тонкодисковых лазеров. Применение системы для обнаружения загрязняющих веществ в режиме реального времени позволит глубже изучить динамику парниковых газов и поможет решить некоторые проблемы при изучении изменения климата, — заявила Анни Ли, аспирантка MPL.
Способ команды также включает широкополосную, высокочастотную модуляцию выходного сигнала OPO, что повышает отношение сигнал/шум и увеличивает точность обнаружения. Способность лазера генерировать мощные, стабильные импульсы в диапазоне SWIR представляет собой революционное решение для спектроскопии с разрешением по полю и фемтосекундной полевой микроскопии, позволяя исследователям обнаруживать и анализировать широкий спектр атмосферных соединений с минимальными помехами.
Новая технология полезна не только для контроля атмосферы и изучения газов, но и обладает потенциалом для других научных направлений, например, для связи на орбите Земли, где нужны модулированные лазеры большой пропускной способности, – отметил доктор Хани Фаттахи, ведущий исследователь проекта.
Учёные намерены развивать систему для создания универсальной платформы мониторинга загрязняющих веществ в реальном времени и оптической связи Земля-космос. Данная технология может существенно повлиять на отслеживание циклов парниковых газов и последствий изменения климата, предоставляя более глубокое представление о динамике этих газов и помогая преодолеть трудности учёных при изучении климатических изменений.