تشدید بین ترازهای انرژی در اتمهای آرگون و مولکولهای نیتروژن می تواند برای تشخیص آلاینده ها در هوا از راه دور مورد استفاده قرار بگیرد.

برای تشخیص از راه دور آلاینده های جوی، دانشمندان می توانند مولکول های موجود در یک بسته هوای دور را با لیزر برانگیخته کرده و از نور گسیل شده توسط مولکولها به منظور تعیین ترکیب بسته بهره ببرند. در حالت ایده آل، مولکولها نور لیزری گسیل خواهند کرد که می تواند فقط به سوی لیزر برانگیخته کننده یا دور از آن حرکت کند. اکنون زان نی Zan Nie و همکارانش از دانشگاه علم و صنعت هواژونگ در چین، روشی امیدوار کننده برای به دست آوردن چنین نور لیزری از مولکولهای هوا یافته اند[1].

یک روش دستیابی به این به اصطلاح لیزر هوا (air lasing) شامل استفاده از یک لیزر برای شکستن (تجزیه) مولکولهای نیتروژن یا اکسیژن به اتم های سازنده آنها و سپس استفاده از همان لیزر یا یک لیزر دوم با طول موج متفاوت برای وادار کردن اتمهای منفرد به لیز (تابش لیزری) است. روش دیگر با حذف مرحله تجزیه، اتمهای آرگون منفرد را هدف قرار می دهد. هر دو رویکرد این احتمال را به کار می برند که فوتون های برگشتی به سمت لیزر برانگیخته کننده، در مسیر برگشت خود اثر انگشت های قابل تشخیص از آلاینده های درگیر به دست می آورند. اما هر دو رویکرد کاستی هایی نیز دارند: تجزیه باعث رفتارهای غیر خطی دردسرساز و بالقوه گیج کننده ای در سیگنال می شود و آرگون هم فقط یک درصد از هوا را تشکیل می دهد، بنابراین وادار کردن آن به لیز دشوار است.

نی و همکارانش در روش خود، از یک لیزر فرابنفش قوی تنظیم شده برای گسیل فوتونها در طول موج 261 نانومتر استفاده کردند. وقتی سه تا از آن فوتون ها به طور همزمان با یک مولکول نیتروژن برخورد کردند، آن را برانگیخته کرده و مولکول سپس با گسیل یک تک فوتون با همان انرژی کل، فرو افت کرد. طول موج این فوتون که 87 نانومتر است بر حسب اتفاق با یکی از حالتهای برانگیخته آرگون مطابقت دارد و باعث می شود با گسیل دو فوتون فرو افت کند، یکی با طول موج 1409 نانومتر و دیگری 751 نانومتر. هر دو فوتون به راحتی در هوا حرکت می کنند که مزیتی برای تبدیل این روش به یک حسگر کاربردی است.

1. Z. Nie et al., “Bidirectional cascaded superfluorescent lasing in air enabled by resonant third harmonic photon exchange from nitrogen to argon,” Phys. Rev. Lett. 133, 063201 (2024).

منبع:

An Alternative Way to Make an Air Laser