Les technologies laser ultrarapides offrent de nouvelles stratégies pour la télédétection des polluants atmosphériques et des agents biochimiques dangereux en raison de leurs avantages uniques de puissance de crête élevée, de courte durée d'impulsion et de large couverture spectrale.

En particulier, le laser à air est prometteur dans la télédétection atmosphérique en raison de sa capacité à générer une amplification de lumière sans cavité à l'air libre. Il convient comme sonde pour le diagnostic atmosphérique.

Récemment, une équipe de recherche de l'Institut d'optique et de mécanique fine de Shanghai (SIOM) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a proposé une spectroscopie Raman cohérente assistée par laser à air, qui réalise une mesure quantitative et une détection simultanée de deux gaz à effet de serre, comme ainsi que l'identification du CO₂ isotopes. La sensibilité de détection atteint 0,03 % et la fluctuation minimale du signal est d'environ 2 %.

Les travaux ont été publiés dans Ultrafast Science le 8 avril.

L'interaction extrêmement non linéaire du laser femtoseconde avec les molécules d'air excite le gain optique des ions d'azote moléculaire et atteint une amplification de graine de plus de 1 000 fois, ce qui donne un laser à air de 428 nm avec une largeur de raie de 13 cm ^-1 .

Pendant ce temps, la largeur spectrale du laser de pompe a atteint 3800 cm ^-1 après propagation non linéaire, qui est plus d'un ordre de grandeur plus large que le spectre du laser incident.

Il permet ainsi l'excitation des vibrations moléculaires cohérentes de la plupart des polluants et des gaz à effet de serre. Lorsque le laser à air rencontre des molécules vibrant de manière cohérente, il produit efficacement une diffusion Raman cohérente. En enregistrant la différence de fréquence du signal Raman et du laser à air, à savoir l'empreinte Raman, les informations d'identité moléculaire peuvent être déterminées.

La spectroscopie Raman cohérente assistée par laser à air combine les avantages du laser femtoseconde et du laser à air. Le laser femtoseconde a une large couverture spectrale et une courte durée d'impulsion, ce qui peut exciter des vibrations cohérentes de nombreuses molécules en même temps. Le laser à air a une largeur spectrale étroite, permettant de distinguer les empreintes digitales Raman de différentes molécules. Par conséquent, cette technique peut répondre aux besoins de mesure multi-composants et de spécificité chimique.

De plus, les chercheurs ont démontré que la technique peut être appliquée pour la mesure simultanée de plusieurs composants et la distinction ¹² CO₂ et ¹³ CO₂ . La mesure simultanée de divers polluants et gaz à effet de serre ainsi que la détection du CO₂ les isotopes sont d'une grande importance pour le traçage des sources de pollution de l'air et l'étude du cycle du carbone.

Cependant, pour une application réaliste de la détection à distance des gaz traces, il est nécessaire d'améliorer la sensibilité de détection au niveau ppm ou même ppb, ainsi que d'étendre la distance de détection de l'échelle du laboratoire à l'échelle kilométrique. + Explorer plus loin

Spectroscopie vibrationnelle THz–empreintes digitales à fréquence spectrale ultra-rapide