I ricercatori segnalano un nuovo sistema lidar Raman a singolo fotone che opera sott’acqua e può distinguere a distanza varie sostanze. Mostrano anche che il nuovo sistema è in grado di rilevare lo spessore dell’olio sott’acqua fino a 12 m di distanza, il che potrebbe essere utile per rilevare fuoriuscite di petrolio.
“Differenziare le sostanze nell’acqua e rilevare le loro caratteristiche di distribuzione nell’oceano sono di grande importanza per il monitoraggio marino e la ricerca scientifica”, ha affermato il leader del gruppo di ricerca Mingjia Shangguan dell’Università di Xiamen in Cina. “Ad esempio, il telerilevamento del petrolio sottomarino che abbiamo dimostrato potrebbe essere utile per monitorare le perdite negli oleodotti sottomarini”.
Sebbene gli approcci lidar basati sui segnali Raman siano stati precedentemente utilizzati per il rilevamento di sostanze sottomarine, i sistemi esistenti non sono pratici perché sono ingombranti e richiedono grandi quantità di energia.
Sulla rivista Gruppo Editoriale Ottica Applicato Ottica, i ricercatori descrivono il loro nuovo sistema lidar, che utilizza solo 1 μJ di energia dell’impulso e 22,4 mm di apertura del ricevitore. L’intero sistema lidar è lungo 40 cm con un diametro di 20 cm e può essere utilizzato fino a 1 km sott’acqua. Per aumentare la sensibilità, i ricercatori hanno incorporato il rilevamento di un singolo fotone nel loro compatto sistema lidar Raman subacqueo.
“Il montaggio di un sistema lidar Raman sottomarino su un veicolo sottomarino autonomo o su un veicolo telecomandato potrebbe consentire il monitoraggio di perdite negli oleodotti sottomarini”, ha affermato Shangguan. “Potrebbe essere utilizzato anche per esplorare le risorse oceaniche o per rilevare i tipi di sedimenti del fondo marino, come le barriere coralline”.
Sensibilità a singolo fotone sott’acqua lidar
I tradizionali sistemi lidar progettati per operare sopra l’acqua su navi, aerei o satelliti possono ottenere profili oceanici su larga scala, ma la loro profondità di rilevamento è limitata, specialmente in condizioni di mare mosso. I sistemi Raman lidar, tuttavia, possono essere utilizzati per analisi sott’acqua a diverse profondità senza essere influenzati dalle condizioni del mare.
Raman lidar funziona emettendo un impulso di luce laser verde nell’acqua che interagisce con sostanze come l’olio. Questo eccita i segnali Raman anelastici che possono essere usati per identificare le sostanze. Misurando l’intensità dei segnali Raman a specifiche lunghezze d’onda, il lidar può fornire informazioni sul contenuto di olio nell’acqua.
“I tradizionali sistemi lidar Raman si basano sull’aumento della potenza del laser e dell’apertura del telescopio per ottenere il rilevamento del telerilevamento, il che porta a grandi dimensioni del sistema e ad un elevato consumo energetico che rendono difficile l’integrazione dei sistemi lidar sui veicoli sottomarini”, ha affermato Shangguan. “L’uso della tecnologia di rilevamento a singolo fotone ha reso possibile questo lavoro migliorando la sensibilità di rilevamento al livello dei singoli fotoni”.
I ricercatori hanno dimostrato il loro nuovo sistema lidar utilizzandolo per rilevare vari spessori di olio di benzina in una cella di quarzo che si trovava a 12 m di distanza dal sistema. Sia il sistema lidar che la cella di quarzo sono stati immersi a una profondità di 0,6 m sott’acqua in una grande pozza. Il sistema lidar è stato in grado di rilevare e distinguere tutti gli spessori di benzina, che andavano da 1 mm a 15 mm.
I ricercatori stanno ora lavorando per aumentare il numero di canali di rilevamento e la risoluzione spettrale Raman del sistema lidar a singolo fotone per migliorare la sua capacità di distinguere diverse sostanze nell’acqua. Ciò consentirebbe di essere utilizzato per analizzare i tipi di bolle sottomarine e per rilevare coralli e noduli di manganese.
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