镱基薄碟片激光器提高大气污染物探测能力

除二氧化碳外，甲烷也是导致全球变暖的主要因素。为了精确探测和监测大气中的气候污染物，德国埃尔兰根马克斯-普朗克光科学研究所（MPL）的科学家们开发出了一种新型专用激光技术。

高功率镱基薄碟片激光器驱动光学参量振荡器，在短波红外光谱范围内产生高功率、稳定的脉冲。这样，研究人员就可以检测和分析多种大气化合物。《APL Photonics》杂志介绍了这种新方法。

短期污染物在全球变暖中起着至关重要的作用。例如，甲烷与全球温室效应特别相关，因为它的升温潜能值比二氧化碳高25倍。然而，探测和监测这些污染物具有挑战性，原因有二。首先，在通常用于检测的标准红外范围内，水蒸气会干扰和重叠许多气体的吸收光谱。其次，由于这些污染物在大气中具有挥发性，因此难以检测。新型激光系统瞄准了甲烷等污染物吸收强烈而水吸收极少的短波长红外（SWIR）范围，从而提供了前所未有的检测灵敏度和准确性。

Anni Li是Hanieh Fattahi博士领导的飞秒场镜研究小组的博士生
 

高功率飞秒脉冲
这项创新的核心是镱基薄碟片激光器，它能以百万赫兹的重复频率产生高功率飞秒脉冲。这使得该系统能够泵浦光参量振荡器（OPO），将激光脉冲转换到具有出色功率和强度的短波长红外范围。

OPO以两倍于泵浦激光器的重复率工作，提供稳定、可调谐的短波长红外脉冲，是高灵敏度光谱应用的最佳选择。该团队的开创性方法还集成了对OPO输出的宽带高频调制，从而提高了信噪比，提供了更高的探测精度。

由于镱基薄碟片激光器的功率可扩展性，激光系统的输出可以扩展到更高的平均功率和峰值功率。利用该系统对污染物进行实时精确检测，可以更深入地了解温室气体的动态变化。这有助于解决在了解气候变化方面所面临的一些挑战。该激光器在短波长红外范围内产生高功率、稳定脉冲的能力，改变了场分辨光谱学和飞秒场镜学的游戏规则，这些方法使再研究人员能够在干扰最小的情况下检测和分析各种大气化合物。

该项目的首席研究员Hanieh Fattahi博士说：这项新技术不仅适用于大气监测和气体传感，而且在其他科学领域也具有潜力，例如需要高带宽调制激光器的地球轨道通信。研究人员计划进一步开发该系统，目标是创建一个用于实时污染物监测和地空光通信的多功能平台。