Bilim İnsanları Yüksek Güçlü Orta Kızılötesi Lazerler Üretmek İçin Yeni Bir Yöntem Geliştirdi

Son zamanlarda, Singapur Nanyang Teknoloji Üniversitesi (NTU Singapore) liderliğindeki bir grup bilim insanı, yoğun ultra hızlı lazer ışığı üretebilen yeni bir yöntem geliştirdi ve eser miktardaki kirleticilerin ve zararlı gazların "koklanmasını" hızlandırabilecek hassas bir ekipman yaratması bekleniyor.
Günümüzde kızılötesi aralıktaki lazerler, sera gazları, toksinler, patlayıcılar veya insan sağlığı açısından önemli gazlar olsun, havadaki çok çeşitli maddeleri dakikalar içinde analiz etme yeteneğine sahiptir.
Bunlardan özellikle yüksek güçlü orta kızılötesi lazerler, normal koşullar altında tespiti zor olabilecek maddelerin eser miktarlarını bile güvenli bir şekilde tespit edebilen son derece hassas uzaktan tespit ekipmanlarını destekleyerek kritik öneme sahiptir.
Ancak, bu tür lazerleri üretmek için kullanılan mevcut teknolojiler zorluklarla karşı karşıyadır. Bir yandan, bazı yöntemler titreşim, sıcaklık veya nem değişimleri gibi herhangi bir müdahaleye tolerans göstermeyen sıkı laboratuvar ortamları gerektirir ve bu da gerçek dünya ortamlarında uygulamalarını sınırlar. Öte yandan, bazı yöntemler kararsız ortamlarda lazer ışığı üretebilse de, yoğunluk eser miktardaki maddeleri doğru bir şekilde tespit etmek için yeterince güçlü değildir.
Singapur'daki Nanyang Teknoloji Üniversitesi'nden Yardımcı Doçent Chang Wonkeun liderliğindeki bir araştırma ekibi, özel bir içi boş fiber kullanarak ve iç yapısının kalınlığını ayarlayarak yukarıdaki zorlukları başarıyla çözdü. Yeni yöntem, istikrarlı bir laboratuvar ortamına güvenmeden orta kızılötesi aralıkta yüksek parlaklıkta lazer ışığı üretebilir.
Prof. Chang, "Tekniğimiz taşınabilir, etkili ve hızlı orta kızılötesi lazerler geliştirmek için yeni bir yol sağlıyor" dedi. Bu lazerlerin sıkı bir şekilde kontrol edilen bir ortamda çalıştırılması gerekmiyor ve bu nedenle dedektörlerle birleştirilerek doğrudan sahada çok çeşitli bilinmeyen maddeleri test etmek ve tanımlamak için kullanılabilir. Bu, artık numuneleri test için laboratuvarlara göndermemize gerek kalmadığı anlamına geliyor, eser miktarda maddeler için bile, önemli miktarda zaman ve kaynak tasarrufu sağlıyor."
Orta kızılötesi lazerlerin (2-20 mikron dalga boyları) maddeleri tespit ederken önemli avantajlar göstermesini sağlayan içi boş fiber teknolojisi. Birçok molekül, orta kızılötesi aralıktaki lazerler için benzersiz emilim özelliklerine sahiptir ve bu da bu lazerleri bilinmeyen maddeleri tespit etmede özellikle etkili hale getirir. Ek olarak, orta kızılötesi lazer, su mevcut olduğunda bile, su moleküllerinin müdahalesi olmadan maddeleri doğru bir şekilde tanıyabilir.
Yardımcı Doçent Chang Wonkeun, içi boş fiber mikrotüplerin duvar kalınlığını değiştirerek yakın kızılötesi lazerleri yüksek güçlü orta kızılötesi lazerlere dönüştürmenin mümkün olduğunu bilgisayar simülasyonları aracılığıyla keşfetti. Deneysel sonuçlar, standart bir ampulün çok üzerinde, 3-4 mikrometre dalga boyuna ve megawatt'a kadar tepe gücüne sahip orta kızılötesi lazerler yaratmayı başardıklarını gösterdi.
Limoges Üniversitesi'nden Prof. ssambastien fsamvrier, Nanyang Teknoloji Üniversitesi ekibinin yaklaşımının geleneksel karmaşık doğrusal olmayan düzenlemeden çok farklı olduğunu ve kararlı orta kızılötesi lazerler üretmek için yeni bir düşünme yolu sağladığını belirtti. Ayrıca, içi boş lifler birbirine eklenebildiğinden, bu, hareketli mekanik parçalar olmadan orta kızılötesi lazerler üretme olasılığını açıyor.
Deneysel veriler, ekip tarafından üretilen orta kızılötesi lazerlerin mevcut tekniklerden yaklaşık 1,000 kat daha güçlü olduğunu ve uzun mesafelerde eser miktardaki maddeleri tespit edebilecek kadar güçlü olduğunu gösteriyor. Prof. Chang ayrıca şunları kaydetti: "Bu kadar yüksek yoğunluklu lazerlerle, benzeri görülmemiş bir hassasiyete ulaşabiliriz ve bu cihazları geleneksel yöntemlerle tespit edilmesi zor olan maddelerin eser miktarlarını güvenli bir şekilde tespit etmek için kullanmayı umuyoruz. Geleneksel yöntemlerle tespit edilmesi zor olan maddeler."
Bu araştırmanın sonuçları yalnızca daha doğru çevresel izleme ekipmanlarının geliştirilmesi için teknik destek sağlamakla kalmayıp aynı zamanda sağlık izleme alanında da önemli bir rol oynayabilir. Örneğin, nefesteki metan seviyelerini tespit ederek, teknik kolorektal kanser için erken tarama için kullanılabilir.
Araştırma ekibi, ileriye dönük olarak, algılama yeteneğini geliştirmek için orta kızılötesi lazerin dalga boyu aralığını daha da genişletmeyi planlıyor. Yardımcı Doçent Zhang'a göre, yöntem teorik olarak 10 mikrometreye kadar dalga boylarına sahip orta kızılötesi lazerler üretebilir ve bu da çevresel izleme ve güvenlik algılama gibi alanlardaki uygulamasını daha da genişletecektir.