Sniffing Bombs , Schadstoffe aus einer Strecke mit " Air Laser "
Princeton University Ingenieure haben eine neue Lasersensor -Technologie , die es können Soldaten , um versteckte Bomben aus der Ferne und Wissenschaftler zu erkennen , besser zu messen Luftumweltschadstoffenund Treibhausgasen entwickelt.
"Wir sind in der Lage , eine Laser senden Puls und bekommen einen weiteren Impuls aus der Luft sich wieder ", sagte Richard Miles , ein Professor für mechanische und Raumfahrttechnik an der Princeton , der Forschungsgruppenleiter und Co-Autor auf dem Papier. " Das zurückgehende Strahl mit den Molekülen in der Luft interagiert und trägt ihre Fingerabdrücke. "
Die neue Technik unterscheidet sich von früheren Remote-Laser - Erfassungsverfahren , dass der Rücklichtstrahlist nicht nur eine Reflexion oder Streuung der Ausgangsstrahl . Es ist ein durch Sauerstoffatome , deren Elektronen wurden " angeregt ", um hohe Energien erzeugt völlig neue Laserstrahls. Diese " Luft Laser" ist ein viel leistungsfähigeres Werkzeug , als bisher für die Fernmessungvon Spurenmengen von Chemikalien in der Luft existiert .
Die Forscher , deren Arbeit durch das Amt für Grundlagenforschungsprogramm Naval Research über Sciences Adressierung Asymmetric Explosive Bedrohung finanziert , veröffentlichten ihre neue Methode 28. Januar in der Zeitschrift Wissenschaft.
Meilen arbeitete mit drei anderen Forschern : Arthur Dogariu , der Leitung Autor auf dem Papier , und James Michael von Princeton und Marlan Scully , ein Professor mit gemeinsamen Berufungen in Princeton und Texas A
Der neue Laser Erfassungsverfahren verwendet einen ultravioletten Laserpuls , der auf einem kleinen Fleck von Luft, ähnlich wie eine Lupe konzentriert Sonnenlicht in einem Hot-Spot fokussiert wird . Innerhalb dieser Hot Spot - einem zylinderförmigen Bereich nur 1 Millimeter lang - Sauerstoffatome werden " aufgeregt ", wie ihre Elektronen erhalten bis zu hohen Energieniveaus gepumpt. Wenn der Impuls endet , die Elektronen zurückfallenund emittieren Infrarotlicht. Ein Teil dieses Lichts entlang der Länge des angeregten Zylinderbereich und, wie es dies tut, stimuliert es mehr Elektronen zu fallen, Verstärken und organisieren das Licht in einen kohärenten Laserstrahls gleich wieder an der ursprünglichen Laser gerichtet .
Forscher planen, einen Sensor zu verwenden , um die Rückstrahl zu empfangen und bestimmen, was Kontaminanten auf dem Weg begegnet zurück .
" In der Regel , wenn Sie , um festzustellen , ob es Verunreinigungen in der Luft , dass du eine Probe dieser Luft sammeln und es zu testen müssen ", sagte Miles . "Aber mit der Fernerkundung brauchen Sie nicht zu tun. Wenn es eine Bombe auf der Straße begraben vor Ihnen , Sie möchten, dass es durch Abtasten der Umgebungsluft zu erkennen , ähnlich wie Bombenspürhundetun können , mit Ausnahme von . . weit weg so können Sie aus der Explosionszone sind , wenn es explodiert es ist die gleiche Sache mit gefährlichen Gasen - Sie wollen nicht , dort zu sein selbst Treibhausgase und Schadstoffe in der Atmosphäre , so Probenahme ist schwierig. . "
Das am häufigsten verwendete Remote-Laser - Messmethode , LIDAR - kurz für Light Detection and Ranging - misst die Streuung eines Lichtstrahls , wie es ein entferntes Objekt reflektiert und kehrt zu einem Sensor . Es wird allgemein für die Messung der Dichte der Wolken und der Verschmutzung in der Luft eingesetzt, kann aber von der Identität der Partikel oder Gase nicht ermitteln. Varianten dieses Ansatzes können Verunreinigungen zu identifizieren, aber nicht empfindlich genug , um Spuren zu erkennen und können die Position der Gase mit viel Genauigkeit nicht zu bestimmen.
Das zurückgehende Strahl ist in der von den Princeton -Forscher entwickelten Verfahren , die es erlauben sollte sie nicht , um festzustellen , wie viele Schadstoffe in der Luft , sondern auch die Identität und die Lage dieser Verunreinigungen tausende Male stärker.
Das stärkere Signal sollte auch für den Nachweis von viel kleineren Konzentrationen von Verunreinigungen aus der Luft , ein besonderes Anliegen , wenn versucht wird , um Spurenmengen explosiver Dämpfe feststellen kann . Jede chemische explosive emittiert verschiedene Gase von den Bestandteilen abhängig , aber für viele Sprengstoff die Gasmenge winzig ist .
Während die Forscher entwickeln die zugrunde liegenden Methoden und nicht einsetzbaren Detektoren , vorstellen sie ein Gerät, das klein genug ist, einen Tank zu montieren ist zum Beispiel, und verwendet, um eine Fahrbahn für Bomben zu scannen.
Bisher haben die Forscher das Verfahren im Labor über einen Abstand von etwa einem Fuß und eine Hälfte gezeigt . In Zukunft planen sie, die Distanz, über die die Strahlen , die sie beachten ist eine einfache Frage der Fokussierung des Strahls weiter Weg zu erhöhen. Sie planen auch eine Feinabstimmung der Empfindlichkeit der Technik, um kleine Mengen an Luftschadstoffen identifizieren.
Darüber hinaus wird die Arbeitsgruppe die Entwicklung anderer Ansätze zur Fernerkennung, die eine Kombination von Laser und Radar.
"Wir möchten in der Lage sein , um Verunreinigungen , die unter ein paar Teile pro Milliarde der Luftmoleküle sind zu erkennen ", sagte Miles . "Das ist eine unglaublich kleine Anzahl von Molekülen , unter der Vielzahl von gutartigen Luftmoleküle zu finden. "
Quelle:
Steven Schultz
Princeton University , Ingenieurschule