Les lasers à disques minces à l'ytterbium ouvrent la voie à la détection sensible des polluants atmosphériques
La capacité du laser à générer des impulsions stables et de grande puissance dans la gamme SWIR change la donne pour la spectroscopie résolue en champ et la fieldoscopie femtoseconde
Avec le dioxyde de carbone, le méthane est l'un des principaux facteurs du réchauffement de la planète. Pour détecter et surveiller avec précision les polluants climatiques dans l'atmosphère, les scientifiques de l'Institut Max Planck pour la science de la lumière (MPL) ont mis au point une technologie laser avancée. Un laser à disque fin en ytterbium de haute puissance commande un oscillateur paramétrique optique (OPO) pour générer des impulsions stables et de haute puissance dans la gamme spectrale de l'infrarouge à ondes courtes (SWIR). Cela permet aux chercheurs de détecter et d'analyser une grande variété de composés atmosphériques. Cette nouvelle méthode peut jouer un rôle crucial dans le suivi des cycles des gaz à effet de serre et des effets du changement climatique ; elle a été récemment publiée dans la revue APL Photonics.
Les polluants à courte durée de vie jouent un rôle essentiel dans le réchauffement de la planète. Par exemple, le méthane est particulièrement important pour l'effet de serre mondial, car son potentiel de réchauffement est 25 fois plus élevé que celui du dioxyde de carbone. Cependant, la détection et la surveillance de ces polluants sont difficiles pour deux raisons. Premièrement, la vapeur d'eau interfère et se superpose aux spectres d'absorption de nombreux gaz dans les plages infrarouges standard normalement utilisées pour la détection. Deuxièmement, ces polluants sont difficiles à détecter en raison de leur présence volatile dans l'atmosphère. En ciblant la gamme SWIR, où les polluants tels que le méthane sont fortement absorbés alors que l'absorption de l'eau reste minimale, le nouveau système laser offre une sensibilité et une précision de détection sans précédent.
L'élément central de cette innovation est le laser à disque mince à l'ytterbium, qui produit des impulsions femtosecondes de grande puissance à des taux de répétition de l'ordre du mégahertz. Cela permet au système de pomper un OPO, convertissant les impulsions laser dans la gamme SWIR avec une puissance et une intensité remarquables. Fonctionnant à une fréquence de répétition deux fois supérieure à celle du laser de pompage, l'OPO délivre des impulsions SWIR stables et accordables, optimisées pour des applications spectroscopiques à haute sensibilité. L'approche pionnière de l'équipe intègre également une modulation à large bande et à haute fréquence de la sortie de l'OPO, ce qui permet d'améliorer le rapport signal/bruit et d'obtenir une précision de détection encore plus grande.
"La sortie de notre système laser peut être mise à l'échelle pour obtenir une puissance moyenne et maximale plus élevée, grâce à l'extensibilité de la puissance des lasers à disque mince à l'ytterbium. L'utilisation du système pour la détection précise des polluants en temps réel permet de mieux comprendre la dynamique des gaz à effet de serre. Cela pourrait nous aider à relever certains des défis auxquels nous sommes confrontés pour comprendre le changement climatique", a déclaré Anni Li, étudiante en doctorat au MPL.
La capacité du laser à générer des impulsions stables et de grande puissance dans la gamme SWIR change la donne pour la spectroscopie résolue en champ et la fieldoscopie femtoseconde, des méthodes qui permettent aux chercheurs de détecter et d'analyser une large gamme de composés atmosphériques avec un minimum d'interférences.
"Cette nouvelle technologie n'est pas seulement applicable à la surveillance de l'atmosphère et à la détection des gaz, mais elle présente également un potentiel pour d'autres domaines scientifiques tels que la communication en orbite terrestre, qui nécessite des lasers modulés à large bande passante", a déclaré le Dr Hanieh Fattahi, chercheur principal dans le cadre de ce projet. Les chercheurs prévoient de poursuivre le développement du système dans le but de créer une plateforme polyvalente pour la surveillance des polluants en temps réel et les communications optiques entre la terre et l'espace.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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