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(shù)，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(shù)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(guān)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(yīng)的關(guān)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(shù)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(yīng)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)。”

場分辨光譜學和飛秒場鏡技術(shù)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(shù)。

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(shù)不僅適用于大氣監(jiān)測和氣體傳感，而且在其他科學領(lǐng)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(lǐng)域。”

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