Max Planck Işık Bilimi Enstitüsü’ndeki (MPL) bilim adamları, küresel ısınmanın önemli bir nedeni olan metan da dahil olmak üzere atmosferdeki kirleticileri doğru bir şekilde tespit etmek ve izlemek için lazer teknolojisi geliştirdiler. Bu sistem, kısa dalga kızılötesi (SWIR) spektral aralığında kararlı darbeler üreten bir optik parametrik osilatörü (OPO) çalıştırmak için yüksek güçlü bir iterbiyum ince disk lazeri kullanır.
Metan gibi kısa ömürlü kirleticilerin tespiti, su buharının müdahalesi ve bunların atmosferdeki varlığı nedeniyle zordur. Bununla birlikte, metan gibi kirleticilerin güçlü bir şekilde emildiği ancak su emiliminin minimum düzeyde kaldığı SWIR aralığını hedef alan yeni lazer sistemi, benzeri görülmemiş bir hassasiyet ve algılama doğruluğu sağlıyor.
Bu yeniliğin en önemli parçası, megahertz tekrarlama oranlarında yüksek güçlü femtosaniye darbeleri üreten ince diskli iterbiyum lazerdir. Bu, sistemin optik parametrik osilatörü güçlendirerek lazer darbelerini yüksek güç ve yoğunlukla SWIR aralığına dönüştürmesine olanak tanır. Pompa lazerinin iki katı tekrarlama hızında çalışan OPO, son derece hassas spektroskopik uygulamalar için optimize edilmiş kararlı, ayarlanabilir SWIR darbeleri üretir.
“Lazer sistemimizin çıkışı, iterbiyum ince disk lazerlerin güç ölçeklenebilirliği sayesinde daha yüksek ortalama ve tepe güce ölçeklendirilebilir. Sistemin kirletici maddeleri gerçek zamanlı ve doğru bir şekilde tespit etmek için kullanılması, sera gazı dinamiklerinin daha iyi anlaşılmasına olanak tanır. Bu, iklim değişikliğini incelerken karşılaştığımız bazı sorunların çözülmesine yardımcı olabilir” dedi MPL lisansüstü öğrencisi Annie Li.
Ekibin yaklaşımı aynı zamanda OPO çıkışının geniş bantlı, yüksek frekanslı modülasyonunu da entegre ederek sinyal-gürültü oranını iyileştirerek daha da yüksek algılama doğruluğu sağlıyor. Lazerin SWIR aralığında güçlü, kararlı darbeler üretme yeteneği, alan çözümlemeli spektroskopi ve femtosaniye alan mikroskobu için devrim niteliğinde bir çözüm olup, araştırmacıların çok çeşitli atmosferik bileşikleri minimum müdahaleyle tespit etmesine ve analiz etmesine olanak tanır.
Araştırma ekibinin baş araştırmacısı Dr. Hani Fattahi şunları söyledi: “Bu yeni teknoloji yalnızca atmosferik izleme ve gaz algılama için geçerli değil, aynı zamanda yüksek verimli modüle edilmiş lazerlerin gerekli olduğu Dünya yörüngesindeki iletişim gibi diğer bilimsel alanlar için de potansiyele sahip.” proje.
Araştırmacılar, gerçek zamanlı kirletici izleme ve Dünya’dan uzaya optik iletişim için evrensel bir platform oluşturmak amacıyla sistemi daha da geliştirmeyi planlıyor. Teknoloji, sera gazı döngülerinin ve iklim değişikliğinin etkilerinin izlenmesinde büyük bir rol oynayabilir, sera gazı dinamiklerinin daha iyi anlaşılmasını sağlayabilir ve bilim adamlarının iklim değişikliğini incelerken karşılaştığı bazı zorlukların çözülmesine yardımcı olabilir.