Les chercheurs ont développé une nouvelle technique basée sur le laser qui peut effectuer simultanément des mesures LiDAR et chimiques à distance. LiDAR, qui signifie détection et télémétrie de la lumière, utilise un laser pour mesurer les distances ou les portées. L'ajout d'informations chimiques aux mesures LiDAR pourrait être utile pour des applications telles que la cartographie chimique à distance, la détection de traces de produits chimiques, la surveillance des processus industriels et le contrôle qualité.

"En cartographiant et en identifiant la composition de l'environnement, nous pouvons augmenter les interactions humaines et les processus industriels du futur avec des informations d'objets multidimensionnelles au-delà de la simple télémétrie et de la détection", a déclaré Bibek R. Samanta, personnel technique chez Nokia Bell Labs.

Samanta présentera la recherche lors de la réunion Frontiers in Optics + Laser Science Conference (FiO LS) qui se tiendra à Rochester, New York et en ligne du 17 au 20 octobre 2022. La présentation de Samanta est prévue le lundi 17 octobre 2022 octobre à 12h00 HAE (UTC—04:00).

Combiner des méthodes

La nouvelle technique, qui combine la spectroscopie photothermique et le LiDAR, résout les informations chimiques en détectant les déformations de surface inférieures au nanomètre dues à l'absorption photothermique d'un laser de pompe. Ces effets photothermiques sont causés par des modulations d'intensité du faisceau pompe.

Les chercheurs ont utilisé un laser à source balayée comme faisceau de sonde pour effectuer un balayage LiDAR dans une configuration d'onde continue modulée en fréquence. Le faisceau de pompe était un laser à diode laser infrarouge stabilisé en longueur d'onde modulé à l'aide d'une roue hacheuse. Les deux faisceaux ont été collimatés, combinés et focalisés au même endroit à environ 8 centimètres de distance. Pour cette configuration, les chercheurs ont estimé une résolution axiale d'environ 150 microns dans l'air et une profondeur d'imagerie d'environ 30 centimètres.

Les chercheurs ont testé leur nouvelle approche en utilisant un bloc de plastique transparent imprimé en 3D avec des canaux profonds de 500 microns contenant de la résine époxy mélangée à une couleur acrylique verte ou à un colorant absorbant le proche infrarouge (NIR). Ils ont pu observer des déplacements de surface de 0,2 à 0,3 nm résultant de l'absorption photothermique de l'époxy contenant le colorant NIR. Cela correspondait aux valeurs estimées et était d'environ un ordre de grandeur supérieur au bruit de base du système.

En scannant l'échantillon latéralement, les chercheurs ont créé un scan LiDAR chimiquement sensible qui a montré l'emplacement du colorant NIR mais pas la résine acrylique verte. Bien qu'un laser infrarouge ait été utilisé dans cette démonstration, d'autres longueurs d'onde pourraient être utilisées pour identifier d'autres matériaux.

"En utilisant des systèmes laser accordables et un ensemble optique intégré à balayage rapide, nous prévoyons de mettre en œuvre l'identification spectroscopique des matériaux ménagers courants pour créer une carte 5D de l'environnement", explique Samanta. + Explorer plus loin

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