科罗拉多大学博尔德分校、加州理工学院、加州大学圣巴巴拉分校的一个工程师和化学家团队以及三家公司正在研究一项创新技术,以帮助提高工业工厂的安全性。其想法是在发生工业事故时使用基于激光的设备快速识别和分析空气中的颗粒物。
他们正在开发的基于激光的设备,即Standoff Aerosol measUrement Remote Optical Network(SAURON),其名称取自《指环王》系列丛书中的反派——一个经常以火焰眼睛的形式出现的存在,其“凝视穿透云、影、地”。
Paul M.Rady机械工程系教授、该项目的首席研究员Greg Rieker说:“这就是我们的想法:一只无所不知的眼睛,可以在其他物质非常拥挤的背景下检测危险的气溶胶。”
SAURON将放大气溶胶,气溶胶是指漂浮在空气中的各种微小颗粒。一些气溶胶可能含有对人类构成严重风险的化学物质,如多环芳烃。硝酸铵是炸药中的一种常见成分,也会形成气溶胶。芬太尼也是如此,一种阿片类药物,即使少量也可能致命。
为了探测这种危险,该团队正转向一种名为频率梳激光器的诺贝尔奖获得者技术。该项目可能有助于保护人们免受各种空气传播的威胁,从工业事故到拥挤城市的化学袭击。
电气、计算机和能源工程系教授Scott Diddams说:“激光会耗尽电池,所以你可以把它们部署在机场、城市街区或使用危险材料的工业场所。人们会立刻知道是故障还是泄漏。”
发现危险的气溶胶绝非易事,尤其是考虑到我们呼吸的空气的复杂性。由于大气中随时存在甲烷和二氧化碳等多种不同的化合物,很难区分有害气溶胶和无害气溶胶。
在SAURON项目中使用频率梳激光器可能有助于更快、更准确地分类这些杂波并识别危险的气溶胶。
博尔德大学和美国国家标准与技术研究所(JILA)的联合研究机构JILA的团队率先将频率梳激光器用于量子计量和光学时钟。这些激光器同时发射数百万种颜色的光束,使其能够充当气溶胶的指纹扫描仪,从空气中哪怕是微小浓度的颗粒或气体中提取信号。
LongPath Technologies是一家利用这些工具搜索石油和天然气设施甲烷泄漏的公司,由Rieker于2017年共同创立。
在未来的工作中,SAURON的研究人员将致力于使他们的激光器更加灵敏和紧凑。该团队正在利用创新的“集成光子”技术,该技术由加州理工学院的Kerry Vahala、加州大学圣巴巴拉分校的John Bowers以及Nexus photonics和hQphotonics公司开发。他们不再使用电子信号,而是使用可以使用光束传输信息的芯片。
研究人员正在将基础科学转化为有助于保障人们安全的实用技术。里克说:“我们正在采用为量子科学开发的技术,并将其转化为广泛的应用。”。