作者:Marlan O. Scully 来源:《美国国家科学院院刊》 发布时间:2014-8-18 14:05:32
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激光可远程识别爆炸物

 

图片来源:Brett Hokr

激光能识别数百米之外的化学粉末,例如爆炸物或肥料,研究者将这一发现发表于近日的美国《国家科学院院刊》上。

并未参与新研究的瑞士日内瓦大学物理学家Jerome Kasparian说:“这是之前从未有过的新方法。”

研究者开发出一种名为拉曼光谱学的探测技术,利用光束使分子处于震动、扭曲或摇摆的状态,之后光子会被重新发射或散射,只不过其携带的能量要比照射进来时携带的能量低一些。这种能量上的差别由分子的性质决定,因此散射光子具备独一无二的物质特征。

但是拉曼光谱学有一个很大的硬伤,散射出的信号非常微弱,这意味着很难探测到哪怕数十米外的物体。因此,大多数研究者并不认为该技术能进行远距离探测。美国得州农工大学物理学家Vladislav Yakovlev说:“所有传统方法最多只能在50米左右的距离捕捉到信号。”

为了增强信号强度,Yakovlev领导的小组将待探测的样本转变为激光束。就如同普通光束能够依靠镜子捕捉光线并反射光束一样,合适的粉末也能够依靠活跃的粒子捕捉光线,之后将光子散射出去。当光束以临界值的强度射入时,信号强度会成倍增强。

这一现象被称作随机激光,研究者报告称他们能利用该技术鉴别多种用于制造爆炸装置的化学物质,例如硝酸铵和硝酸钠。在实验室状态下,激光束能够通过一系列镜子在近400米的距离探测到这些粉末。研究者计算,如果他们能够在不依靠镜子的情况下实现探测,那么探测的直线距离将延长到1000米。

Kasparian说:“实验结果令人印象深刻,清晰地展示了探测几百米外的物体是可行的。”

未参与新研究的橡树岭国家实验室物理学家Ali Passian认为,新技术的一项主要难点在于,要求探测物质必须是粉末状的,不过这也使其具备潜在的军事和安全应用价值,例如探测爆炸物和路边炸弹。Passian说:“在经历了2001年的‘9·11’恐怖袭击事件后,安全部门一直要求我们开发类似的技术。”

Passian提醒道,在实验室获得成功并不意味着一定能应用到实践中,灰尘、风力以及不断升高的气温都会降低或扭曲激光束。此外,目前还不清楚究竟需要多少粉末或何种浓度才能实现探测任务,如果危险粉末与土壤混合在一起将为探测工作带来极大难度。(来源:中国科学报 段歆涔)

 
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