如何建立化学敏感激光雷达

诺基亚贝尔实验室的研究人员展示了红外激光二极管如何用于化学测绘和质量控制

诺基亚贝尔实验室的研究人员开发了一种基于激光的技术，可以同时进行激光雷达和远程化学测量。将化学信息添加到激光雷达测量中对于远程化学绘图、检测微量化学物质、监测工业过程和质量控制等应用可能很有用。

诺基亚贝尔实验室的技术人员Bibek R.Samanta说：“通过绘制和识别环境的组成，我们可以利用不仅仅是测距和探测的多维物体信息来增强未来的人类互动和工业过程。”

Samanta将在2022年10月17日至20日于纽约罗切斯特举行的光学与激光科学前沿会议（FiO LS）上介绍这项研究。

5D光谱映射

这项新技术结合了光热光谱学和激光雷达，通过检测泵浦光热吸收引起的亚纳米表面变形来解析化学信息。这些光热效应是由泵浦光束的强度调制引起的。

研究人员使用扫描源激光作为探测光束，以调频连续波配置进行激光雷达扫描。泵浦光束是波长稳定的红外激光二极管激光器，使用斩波轮进行调制。两束光束被准直、组合并聚焦在约8 cm远的同一点上。对于这种装置，研究人员估计空气中的轴向分辨率约为150微米，成像深度约为30 cm。

研究人员使用一个3D打印透明塑料块测试了他们的新方法，该块具有500微米深的通道，通道中含有与绿色丙烯酸颜料或近红外（NIR）吸收染料混合的环氧树脂。他们能够观察到由含有NIR染料的环氧树脂的光热吸收引起的0.2至0.3 nm的表面位移。这与估计值一致，大约比系统的基线噪声大一个数量级。

通过横向扫描样本，研究人员创建了一个化学敏感的激光雷达扫描，显示NIR染料的位置，但不显示绿色丙烯酸树脂。虽然在这个演示中使用了红外激光，但其他波长可以用来识别其他材料。

Samanta解释说：“我们计划使用可调谐激光系统和快速扫描集成光学组件，对常见家用材料进行光谱识别，以创建环境的5D地图。”

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