Los investigadores en el MIT y en otros lugares han encontrado una nueva forma de usar láseres de infrarrojo medio para convertir regiones de moléculas al aire libre en filamentos brillantes de gas o plasma con carga eléctrica. El nuevo método podría permitir llevar a cabo un control ambiental remotomonitoreo para detectar una amplia gama de productos químicos con alta sensibilidad.
El nuevo sistema utiliza un sistema de láser pulsado ultrarrápido en el infrarrojo medio para generar los filamentos, cuyos colores pueden revelar las huellas químicas de diferentes moléculas. El hallazgo se informa esta semana en la revista óptica , en un documento del investigador principal Kyung-Han Hong del Laboratorio de Investigación de Electrónica del MIT y otros siete investigadores del MIT; en Binghamton, Nueva York; y en Hamburgo, Alemania.
Hong explica que tales filamentos, como los generados por los láseres en la parte infrarroja cercana del espectro electromagnético, ya se han estudiado ampliamente debido a su promesa de usos tales como la detección de alcance y la teledetección basados en láser. El fenómeno del filamento, generado porLos láseres de alta potencia sirven para contrarrestar los efectos de difracción que generalmente tienen lugar cuando un rayo láser atraviesa el aire. Cuando el nivel de potencia alcanza cierto punto y se generan los filamentos, proporcionan una especie de canal autoguiado que mantiene el láserhaz bien enfocado
Pero son las longitudes de onda del infrarrojo medio IR medio, en lugar del IR cercano, las que ofrecen la mayor promesa para detectar una amplia variedad de compuestos bioquímicos y contaminantes del aire. Investigadores que han intentado generar filamentos de IR mediosin embargo, al aire libre han tenido poco éxito hasta ahora.
Solo un equipo de investigación anterior ha logrado generar filamentos de láser de IR medio en el aire, pero lo hizo a una velocidad mucho más lenta de aproximadamente 20 pulsos por segundo. El nuevo trabajo, que usa 1,000 pulsos por segundo, esel primero en llevarse a cabo a las altas tasas necesarias para herramientas prácticas de detección, dice Hong.
"La gente quiere usar este tipo de tecnología para detectar productos químicos en la distancia, a varios kilómetros de distancia", dice Hong, pero han tenido dificultades para hacer que dichos sistemas funcionen. Una clave para el éxito de este equipo es el uso de unláser de femtosegundos de alta potencia con pulsos de solo 30 femtosegundos, o millonésimas de milmillonésima de segundo de largo. Cuanto más larga sea la longitud de onda, más potencia de pico láser se necesita para generar los filamentos deseados, debido a la difracción más fuerte, dice.El láser de femtosegundos del equipo, junto con lo que se conoce como amplificador paramétrico, proporcionó la potencia necesaria para la tarea. Este nuevo sistema láser se ha desarrollado junto con Franz X. Kaertner en Hamburgo y otros miembros del grupo durante los últimos años.Las longitudes de onda IR, dice Hong, este dispositivo produce "uno de los niveles de potencia máxima más altos del mundo", produciendo 100 gigavatios GW, o mil millones de vatios de potencia máxima.
Se necesitan al menos 45 GW de potencia para generar los filamentos en estas longitudes de onda del infrarrojo medio, dice, por lo que este dispositivo cumple fácilmente con ese requisito, y el equipo demostró que realmente funcionó como se esperaba. Eso ahora abre el potencialpara detectar una amplia gama de compuestos en el aire, a distancia.
Usando filamentos de láser de IR medio espectralmente ampliados, "podemos detectar prácticamente cualquier tipo de molécula que desee detectar", dice Hong, incluidos varios riesgos biológicos y contaminantes, al detectar el color exacto del filamento. En el rango de IR medio, el espectro de absorción de productos químicos específicos se puede analizar fácilmente.
Hasta ahora, los experimentos se han limitado a distancias más cortas dentro del laboratorio, pero el equipo espera que no haya razón para que el mismo sistema no funcione, con un mayor desarrollo, a escalas mucho más grandes ". Esto es solo una prueba de-principal demostración ", dice Hong.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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