Universitas Teknologi Nanyang Mengembangkan Metode Baru Untuk Menghasilkan Laser Ultra-intens dan Ultra-cepat

Saat ini, laser yang dipancarkan dalam rentang inframerah-tengah dapat mengidentifikasi zat di udara dalam hitungan menit - apakah itu polutan gas rumah kaca, racun, bahan peledak, atau gas yang terkait dengan penyakit yang ditemukan dalam napas manusia.
Laser inframerah-tengah berdaya tinggi yang dihasilkan dalam pulsa ultracepat sangat diminati karena mendukung perangkat yang sangat sensitif yang dapat dengan aman mendeteksi dari jarak jauh bahkan sejumlah zat yang mungkin luput dari perhatian atau sulit diidentifikasi.
Baru-baru ini, para ilmuwan yang dipimpin oleh NTU Singapura telah mengembangkan metode baru untuk memproduksi laser yang intens dan sangat cepat. Metode ini, kata mereka, "memiliki potensi untuk menciptakan perangkat presisi yang dapat mempercepat pengendusan jejak kontaminan dan gas berbahaya."
Namun, metode konvensional yang ada saat ini untuk menghasilkan laser memiliki kekurangannya sendiri: salah satu metode memerlukan kondisi laboratorium yang bebas dari gangguan yang dapat menyebabkan ketidaksejajaran peralatan yang dikalibrasi secara presisi (misalnya, getaran, variasi suhu/kelembaban) - yang berarti bahwa laser tidak dapat digunakan. di luar laboratorium.
Metode lainnya dapat menghasilkan laser sambil mengatasi gangguan lingkungan seperti getaran, namun metode tersebut tidak cukup kuat untuk mendeteksi sejumlah kecil zat secara akurat. Penelitian baru dari Nanyang Technological University telah mengatasi tantangan ini.
Hasilnya dipublikasikan di Ulasan Laser & Fotonik.
Para peneliti menggunakan serat optik berongga yang dibuat khusus untuk menghasilkan sinar laser yang sangat terang dalam rentang inframerah-tengah dengan menyesuaikan ketebalan struktur neutron serat.
Chang Wonkeun, asisten profesor di Fakultas Teknik Listrik dan Elektronik Universitas Teknologi Nanyang, yang memimpin penelitian terbaru ini, mengatakan, “Pendekatan kami membuka jalan bagi pengembangan generator laser inframerah-tengah yang portabel, kuat, dan cepat yang tidak bergantung pada energi listrik. lingkungan yang terkontrol dengan baik dan bebas getaran untuk mempertahankan pengoperasian."
“Ini berarti kita dapat memasangkannya dengan detektor dan menggunakannya di lapangan untuk membantu menguji dan mengidentifikasi berbagai macam zat yang tidak diketahui. Pada saat yang sama, tidak perlu menghabiskan waktu ekstra untuk mengirimkan sampel ke laboratorium untuk pengujian, bahkan di laboratorium. jumlah jejak."
Keuntungan deteksi
Laser inframerah-tengah, dengan panjang gelombang berkisar antara 2um-20um, menawarkan keunggulan dibandingkan laser lain dalam mendeteksi zat. Banyak jenis molekul berbeda yang menyerap laser dalam rentang inframerah tengah dengan cara yang unik, lebih dari panjang gelombang lainnya, suatu karakteristik yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi zat yang tidak diketahui. Selain itu, meskipun terdapat air dalam zat ini, tidak seperti laser lainnya, keakuratan identifikasi zat menggunakan laser inframerah-tengah tidak dipengaruhi oleh molekul air.
Salah satu cara untuk menghasilkan laser inframerah-tengah berkekuatan tinggi dalam semburan cepat adalah dengan memancarkan radiasi inframerah-dekat yang terang dan sangat cepat melalui serat optik, yang memiliki panjang gelombang pendek. Laser inframerah-tengah yang dihasilkan oleh serat optik dengan pusat kaca padat biasanya tidak terlalu kuat, sehingga menyulitkan pendeteksian materi dalam jumlah kecil secara akurat.
Untuk menghasilkan laser inframerah-tengah intensitas tinggi, biasanya diperlukan lingkungan bebas interferensi, yang membatasi penggunaan laser di laboratorium dan mempersulit realisasi aplikasi spesifik. Profesor Zhang dari Universitas Teknologi Nanyang memecahkan masalah ini dengan menggunakan serat kaca berongga. Dia menemukan hal ini ketika dia menggunakan simulasi komputer untuk menentukan jenis radiasi inframerah-dekat yang mungkin dihasilkan ketika melewati serat berongga.
Konversi panjang gelombang
Berbeda dengan serat optik konvensional, serat berongga berbentuk tabung ini memiliki cincin tabung kaca yang lebih kecil di sekeliling bagian tengah serat yang berongga. Simulasi menunjukkan bahwa dengan memvariasikan ketebalan dinding tabung miniatur serat, akan menjanjikan untuk mengubah laser inframerah-dekat menjadi laser inframerah-tengah yang sangat cepat dan kuat.
Timnya kemudian melakukan eksperimen di mana pusat serat inti berongga diisi dengan gas argon, dan para ilmuwan dapat mengkonfirmasi prediksi simulasi tersebut. Mereka menciptakan laser inframerah-tengah dengan daya puncak dalam kisaran megawatt dan panjang gelombang 3um-4um, satu juta kali lebih kuat daripada bola lampu standar.
Konversi laser ini terjadi karena laser inframerah-dekat berinteraksi dengan bentuk serat optik, yang mengubah laser menjadi cahaya inframerah-tengah dengan menarik molekul gas argon. Ketebalan tabung mikro berhubungan dengan dua kali lebih panjang panjang gelombang sinar laser inframerah tengah yang dihasilkan - sehingga tabung mini dengan ketebalan dinding 1,6um menghasilkan sinar laser pada panjang gelombang puncak sekitar 3,7um.
Prof ssambastien fsamvrier (dari Universitas Limoges), seorang peneliti lama laser inframerah-tengah, mengatakan metode tim Universitas Teknologi Nanyang dalam menghasilkan laser "sangat kontras dengan perangkat yang biasanya melibatkan pengaturan nonlinier yang kompleks".
Prof ssambastien fsamvrier mengatakan, "Selain itu, karena serat optik dapat disambung satu sama lain, hasil ini membuka jalan bagi generasi laser inframerah-tengah yang tidak terpengaruh oleh bagian mekanis yang bergerak."