Des scientifiques développent une nouvelle méthode pour produire des lasers infrarouges moyens de haute puissance

Récemment, un groupe de scientifiques dirigé par l'Université technologique Nanyang de Singapour (NTU Singapour) a développé une nouvelle méthode, capable de générer une lumière laser ultra-rapide et intense, et devrait permettre de créer un équipement précis capable d'accélérer la « détection » de traces de polluants et de gaz nocifs.
Actuellement, les lasers dans la gamme infrarouge ont la capacité d’analyser en quelques minutes une large gamme de substances présentes dans l’air, qu’il s’agisse de gaz à effet de serre, de toxines, d’explosifs ou de gaz dangereux pour la santé humaine.
Parmi ceux-ci, les lasers infrarouges moyens de haute puissance sont particulièrement critiques, prenant en charge des équipements de détection à distance extrêmement sensibles qui peuvent détecter en toute sécurité même des traces de substances qui peuvent être difficiles à détecter dans des conditions ordinaires.
Cependant, les technologies actuelles de fabrication de tels lasers sont confrontées à des défis. D’une part, certaines méthodes nécessitent des environnements de laboratoire stricts qui ne tolèrent aucune forme d’interférence, comme les vibrations, les variations de température ou d’humidité, ce qui limite leur application dans des environnements réels. D’autre part, si certaines méthodes sont capables de générer une lumière laser dans des environnements instables, l’intensité n’est pas suffisamment forte pour détecter avec précision des traces de substances.
Une équipe de recherche de l'Université technologique de Nanyang à Singapour, dirigée par le professeur adjoint Chang Wonkeun, a réussi à résoudre les problèmes ci-dessus en utilisant une fibre creuse spéciale et en ajustant l'épaisseur de sa structure interne. La nouvelle méthode peut générer une lumière laser de haute luminosité dans la gamme infrarouge moyenne sans avoir besoin d'un environnement de laboratoire stable.
« Notre technique offre une nouvelle façon de développer des lasers infrarouges portables, efficaces et rapides », a déclaré le professeur Chang. Ces lasers n'ont pas besoin d'être utilisés dans un environnement strictement contrôlé et peuvent donc être combinés avec des détecteurs et utilisés directement sur le terrain pour tester et identifier une large gamme de substances inconnues. Cela signifie que nous n'avons plus besoin d'envoyer des échantillons aux laboratoires pour les tester, même pour des quantités infimes de substances, ce qui permet d'économiser beaucoup de temps et de ressources. »
La technologie des fibres creuses permet aux lasers infrarouges moyens (longueurs d'onde de 2-20 microns) de démontrer des avantages significatifs lors de la détection de substances. De nombreuses molécules ont des propriétés d'absorption uniques pour les lasers dans la gamme infrarouge moyen, ce qui rend ces lasers particulièrement efficaces pour identifier des substances inconnues. De plus, le laser infrarouge moyen peut reconnaître avec précision des substances même en présence d'eau, sans interférence des molécules d'eau.
Le professeur adjoint Chang Wonkeun a découvert, grâce à des simulations informatiques, qu'en faisant varier l'épaisseur des parois des microtubes à fibres creuses, il est possible de convertir des lasers proches de l'infrarouge en lasers infrarouges moyens de haute puissance. Les résultats expérimentaux ont montré qu'ils ont réussi à créer des lasers infrarouges moyens d'une longueur d'onde de 3-4 micromètres et d'une puissance de pointe allant jusqu'à des mégawatts, dépassant de loin celle d'une ampoule électrique standard.
Le professeur ssambastien fsamvrier de l'Université de Limoges a commenté que l'approche de l'équipe de l'Université technologique de Nanyang est très différente de l'agencement non linéaire complexe traditionnel et offre une nouvelle façon de penser pour la fabrication de lasers infrarouges moyens stables. De plus, comme les fibres creuses peuvent être épissées les unes avec les autres, cela ouvre la possibilité de produire des lasers infrarouges moyens sans pièces mécaniques mobiles.
Les données expérimentales montrent que les lasers infrarouges moyens fabriqués par l'équipe sont environ 1 2 fois plus puissants que les techniques existantes et sont suffisamment puissants pour détecter des traces de substances sur de longues distances. Le professeur Chang a ajouté : « Avec des lasers d'une telle intensité, nous pouvons atteindre une sensibilité sans précédent et nous espérons utiliser ces appareils pour détecter en toute sécurité des traces de substances difficiles à détecter par les méthodes conventionnelles. »
Les résultats de cette recherche apportent non seulement un soutien technique au développement d'équipements de surveillance environnementale plus précis, mais pourraient également jouer un rôle important dans le domaine de la surveillance de la santé. Par exemple, en détectant les niveaux de méthane dans l'air expiré, la technique pourrait être utilisée pour le dépistage précoce du cancer colorectal.
À l’avenir, l’équipe de recherche prévoit d’élargir encore la gamme de longueurs d’onde du laser infrarouge moyen pour améliorer sa capacité de détection. Selon le professeur adjoint Zhang, la méthode peut théoriquement produire des lasers infrarouges moyens avec des longueurs d’onde allant jusqu’à 10 micromètres, ce qui élargira encore son application dans des domaines tels que la surveillance environnementale et la détection de sécurité.