Insieme all’anidride carbonica, il metano è un fattore chiave del riscaldamento globale. Per rilevare e monitorare con precisione gli inquinanti climatici nell’atmosfera, gli scienziati dell’Istituto Max Planck per la Scienza della Luce (MPL) hanno sviluppato una tecnologia laser avanzata. Un laser a disco sottile di itterbio ad alta potenza guida un oscillatore ottico parametrico (OPO) per generare impulsi stabili e ad alta potenza nella gamma spettrale dell’infrarosso a onde corte (SWIR). Ciò consente ai ricercatori di rilevare e analizzare un’ampia varietà di composti atmosferici. Questo nuovo metodo può svolgere un ruolo cruciale nel monitorare i cicli dei gas serra e gli effetti dei cambiamenti climatici ed è stato recentemente pubblicato sulla rivista Fotonica APL.
Gli inquinanti di breve durata svolgono un ruolo fondamentale nel riscaldamento globale. Ad esempio, il metano è di particolare rilevanza per l’effetto serra globale perché il suo potenziale di riscaldamento è 25 volte superiore a quello del biossido di carbonio. Tuttavia, rilevare e monitorare questi inquinanti è impegnativo per due motivi. Innanzitutto, il vapore acqueo interferisce e si sovrappone agli spettri di assorbimento di molti gas nelle gamme infrarosse standard normalmente utilizzate per il rilevamento. In secondo luogo, questi inquinanti sono difficili da rilevare a causa della loro presenza volatile nell’atmosfera. Mirando alla gamma SWIR, dove gli inquinanti come il metano assorbono fortemente mentre l’assorbimento di acqua rimane minimo, il nuovo sistema laser offre sensibilità e precisione di rilevamento senza precedenti.
Al centro di questa innovazione c’è il laser a disco sottile all’itterbio, che produce impulsi al femtosecondo ad alta potenza con velocità di ripetizione di megahertz. Ciò consente al sistema di pompare un OPO, convertendo gli impulsi laser nella gamma SWIR con notevole potenza e intensità. Operando a una velocità di ripetizione doppia rispetto al laser della pompa, l’OPO fornisce impulsi SWIR stabili e sintonizzabili ottimizzati per applicazioni spettroscopiche ad alta sensibilità. L’approccio pionieristico del team integra anche la modulazione a banda larga e ad alta frequenza dell’uscita OPO, che consente di migliorare il rapporto segnale/rumore, fornendo una precisione di rilevamento ancora maggiore.
“L’output del nostro sistema laser può essere adattato a una potenza media e di picco più elevata, grazie alla scalabilità della potenza dei laser a disco sottile all’itterbio. L’utilizzo del sistema per il rilevamento accurato degli inquinanti in tempo reale consente una visione più approfondita delle dinamiche dei gas serra. Questo potrebbe aiutare ad affrontare alcune delle sfide che dobbiamo affrontare nella comprensione del cambiamento climatico.” ha detto Anni Li, dottoranda presso la MPL.
La capacità del laser di generare impulsi stabili e ad alta potenza nella gamma SWIR rappresenta un punto di svolta per la spettroscopia risolta sul campo e la fieldoscopia a femtosecondi, metodi che consentono ai ricercatori di rilevare e analizzare un’ampia gamma di composti atmosferici con interferenze minime.
“Questa nuova tecnologia non è applicabile solo al monitoraggio atmosferico e al rilevamento dei gas, ma ha anche un potenziale per altri campi scientifici come la comunicazione in orbita terrestre, dove sono necessari laser modulati a larghezza di banda elevata.” ha detto il dottor Hanieh Fattahi, il ricercatore capo del progetto. I ricercatori intendono sviluppare ulteriormente il sistema con l’obiettivo di creare una piattaforma versatile per il monitoraggio degli inquinanti in tempo reale e le comunicazioni ottiche terra-spazio.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com