新型紅外雷射傳感器「嗅」出痕量化學物質

2021-01-09 EDN電子設計技術

一款新的化學傳感器原型能夠在距離100英尺以外的地方檢測到「指紋痕量」的化學物質和其它物質，其開發者正在努力將其尺寸縮小到鞋盒大小。tIJednc

該裝置有望識別痕量的毒品和爆炸物，並加速某些醫學樣品的分析。這種可攜式紅外化學傳感器可以安裝在無人機上，也可以由醫生、警察、邊防官員和士兵等用戶隨身攜帶。tIJednc

該裝置的傳感器基於一種新型光纖雷射器，該雷射器將高功率與覆蓋寬紅外頻率範圍（從1.6到12微米，覆蓋中波和長波紅外波段）的雷射束相結合。tIJednc


研究人員演示這款化學傳感器原型tIJednc

開發這款雷射器的研究人員Mohammed Islam表示，「大多數化學品的指紋特徵吸收峰在2~11微米之間，因此，這個波長範圍被稱為『光譜指紋區』，我們的裝置能夠根據其化學特徵吸收峰識別固體、液體和氣體目標物質。」tIJednc

密西根大學（University of Michigan）電子與計算機兼生物醫學工程教授Islam及其團隊使用現成的光纖和電信組件打造了這款裝置，省去了定製光纖。該方案能夠確保這款雷射器合理的製造成本，且兼具實用性和可靠性。tIJednc

Islam指出，「我們已經證明，這款價值10000美元的雷射器在功能上完全可以媲美60000美元的雷射器。」tIJednc


設備原型的頂視圖tIJednc

寬帶紅外雷射器通常由能夠發射非常短雷射脈衝的雷射器構成，然後由一系列放大器增加其功率，但這種方法僅限於實驗室應用。除了成本過高外，這些組件還不能縮小到足以裝進手持設備。此外，鏡頭和反射鏡的使用會使設備對碰撞和溫度變化格外敏感。tIJednc

為了製造這款新的雷射器，研究團隊從標準的雷射二極體開始著手，類似於雷射指示器和條碼掃描器所使用的雷射二極體。然後用電信通訊信號放大器對這個脈衝信號進行放大，類似於通訊應用中的信號放大器，當這些信號經過光纖線路的長距離傳輸減弱時，它可以周期性地增強語音信號備份。隨後，研究團隊通過2米長的光纖線圈傳輸這個強大的寬帶信號。tIJednc

Islam解釋道，「這就是該裝置的奇妙所在，我們以如此高的功率射入大約1納秒的脈衝，然後它們分解成了非常窄的一系列寬度通常小於1皮秒的短脈衝。如此便用相當於價格僅為20美分的光纖，獲得了與昂貴的鎖模雷射器相同的輸出效果。」tIJednc

通過一個被稱為「超連續譜生成」的過程，他們將光束通過一種特製的較軟的玻璃光纖來擴大光所覆蓋的波長範圍。大多數雷射器只發出一種波長或顏色的光，但是超連續譜雷射器發出的聚焦光束包含了更寬泛波長範圍的光。tIJednc

例如可見波長超連續譜雷射器，由於包含貫穿可見光譜範圍的光，發出的光柱會呈現白光。Islam團隊開發的寬帶紅外超連續譜雷射器與之原理相同，除了較長的紅外波長以外。tIJednc

在使用該裝置時，研究人員將雷射照射在物體上，通過分析反射光，確認哪些波長沒有反射回來，他們便可以通過其吸收的特徵紅外波長來識別化學物質。tIJednc

該團隊於2017年8月成功地為美國高級情報研究項目活動（Intelligence Advanced Research Projects Activity）演示了這款雷射器，在兩天的測試中分析了70份神秘樣本。該項目第二階段的工作，需要將該系統縮小到鞋盒大小，這一過程將由Islam發起，並由全球領先的科技公司Leidos和密西根大學初創公司Omni Sciences領導。tIJednc

除了警務和國防方面的應用，Islam也展望了這款雷射器在醫學領域的應用。例如，組織樣本放在實驗室進行化學分析，這是一個需要花費時間和材料的過程。Islam認為這款雷射器能夠在現場對化學成分進行評估和鑑定。未來甚至有可能通過示波器運行光束並分析人體內部組織。tIJednc

研究團隊將該研究結果發表在《Optics Letters》期刊上。tIJednc

該項目由密西根大學、Leidos、光纖製造商Irflex和CorActive，以及Omni Sciences合作展開。美國高級情報研究項目活動資助了該項目。tIJednc

（來源：麥姆斯諮詢）tIJednc

tIJednc

相關焦點

  • 新型紅外雷射器「嗅」出痕量化學物質
    為了製造這款新的雷射器，研究團隊從標準的雷射二極體開始著手，類似於雷射指示器和條碼掃描器所使用的雷射二極體。然後用電信通訊信號放大器對這個脈衝信號進行放大，類似於通訊應用中的信號放大器，當這些信號經過光纖線路的長距離傳輸減弱時，它可以周期性地增強語音信號備份。隨後，研究團隊通過2米長的光纖線圈傳輸這個強大的寬帶信號。
  • 紅外傳感器有什麼作用_紅外傳感器的應用實例
    紅外傳感器的這種性質使得它有著廣泛的應用。這當中有一種作用就是安裝在門外監控門外的動靜。 　　紅外傳感器安裝在門外，一旦有人靠近就可以出現警報提醒室內的人，因此紅外傳感器可以很好的起到看門的作用，不過有些不法分子利用紅外傳感器進行一些非法活動。最近，臺灣紀姓男子在入口樓梯間裝有紅外線傳感器，偵測賭場外動靜。
  • PM2.5傳感器中,雷射、紅外原理之間的區別
    與較粗大的顆粒物相比，細顆粒物富含更大量的有毒有害物質，而且能在大氣中停留更長時間，輸送距離也更遠，對大氣環境及人體健康的影響也更大，是導致黑肺和霧霾天的主要兇手。>紅外原理PM2.5傳感器與雷射原理PM2.5傳感器。
  • 一種化學傳感晶片取得了新進展,手持設備就能探測痕量化學物質
    打開APP 一種化學傳感晶片取得了新進展，手持設備就能探測痕量化學物質 MEMS 發表於 2021-01-15 14:17:08
  • 美科學家開發出中紅外雙頻梳雷射光譜儀
    目前，NIma Nader和同事在位於博爾德的美國國家標準與技術研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST），共同研發了一款可用於探測氣體洩漏的新型雷射晶片。
  • 化學傳感晶片迎新進展:接近量子極限 手持設備就能探測痕量化學物質
    原標題：化學傳感晶片迎新進展：接近量子極限，手持設備就能探測痕量化學物質 　　來自布法羅大學的研究人員宣布，一種化學傳感晶片取得了新進展，這種晶片可以讓手持設備探測痕量化學物質
  • 紅外傳感器的發展趨勢及在溫度傳感器等行業中的應用
    隨著科學技術水平的提高、計算機微處理器技術的發展、現代數位訊號處理技術的提升、新型半導體等材料的推出和加工製造工藝的進步，紅外傳感器近年發展迅猛。據國外某研究機構預測，紅外傳感器全球銷售額從2010年的$1.52億美元增長到了2016年的2.86億美元。
  • 紅外傳感器在物聯網中有什麼應用?案例有哪些?
    工程師黃明星 發表於 2018-07-11 08:01:00 使用紅外傳感器來準確地測量在軍事應用中的材料或氣體的化學成分是眾所周知的。
  • 化學傳感晶片迎新進展:接近量子極限手持設備就能探測痕量化學物質
    來自布法羅大學的研究人員宣布，一種化學傳感晶片取得了新進展，這種晶片可以讓手持設備探測痕量化學物質，從非法藥物到汙染物質，而且速度就像酒精測醉儀識別酒精一樣快。12月17日發表在《先進光學材料》(Advanced Optical Materials)雜誌封面上的一項研究描述了這種晶片，它可能用於食品安全監測、防偽和其他痕量化學物質分析領域。「在許多領域，尤其是藥物濫用領域，對可攜式和經濟有效的化學傳感器有著極大需求。」該研究的主要作者Qiaoqiang Gan博士說，他是布法羅大學工程與應用科學學院的電氣工程教授。
  • 化學傳感晶片迎新進展:接近量子極限,手持設備就能探測痕量化學物質
    當前位置： 首頁  >  興趣圈  >  科幻世界  >  科幻資訊  >  科幻趣聞 化學傳感晶片迎新進展：接近量子極限，手持設備就能探測痕量化學物質
  • 以色列開發出低成本紅外傳感器 可用於雷射雷達
    以色列著名研究型學府本－古裡安大學（Ben－Gurion University of the Negev）的研究人員稱他們開發出了一款低成本紅外傳感器，能夠打造全球最薄的夜視眼鏡，並革新智慧型手機和自動駕駛汽車的紅外夜視應用。
  • 基於高速非製冷中波紅外成像傳感器的雷射焊接質量監測系統
    然而，雷射焊接也有一些缺點，可能出現焊接缺陷，如洞穴、氣孔、未焊透和飛濺，這根本原因大多與連接過程中所涉及的複雜機制有關。為了避免這些缺陷，需要對雷射焊接過程進行正確的參數化，如雷射功率、焊接速度、焦距、保護氣體流和橫向位置，通過控制這些參數可以獲得更好的焊接質量。像雷射光斑的幾何形狀、表面清潔時的光和物質之間相互作用問題、材料質量與材料組成以及接觸面積，這些參數也都直接影響焊接質量。
  • MLX90640新型紅外傳感器的特點及應用
    打開APP MLX90640新型紅外傳感器的特點及應用 發表於 2019-05-13 11:42:11 MLX90640是Melexis
  • 新型「電子鼻」手機嗅覺傳感器 可鑑別出多種物質
    導讀由Honeywell開發的新型「電子鼻」，可以鑑別出多種物質。通過這種技術可以讓這個極小的傳感器檢測任何事物，從空氣汙染到危險的化學藥品。   由Honeywell開發的新型「電子鼻」，可以鑑別出多種物質。通過這種技術可以讓這個極小的傳感器檢測任何事物，從空氣汙染到危險的化學藥品。「我們做出了全世界最小的真空泵，這種技術令分析設備可以達到一個全新的高度。」
  • 歐司朗推出新型近距紅外雷射,自動駕駛技術再近一步
    這意味著，傳感器例如雷射雷達（光探測和測距）的數量和布局，變得尤為關鍵。作為雷射雷達的市場領導者，歐司朗光電半導體通過先進技術，一直致力於這個領域應用的創新。近日，歐司朗推出新的紅外雷射SPL DP90＿3，該組件專為雷射雷達系統的高解析度近場探測而開發，向自動駕駛再邁進一步。
  • 雷射傳感器原理
    導讀：科技中的雷射測距、測速、測長等，這些儀器中都少不了雷射傳感器的存在，那雷射傳感器又是什麼呢?本文將講述雷射傳感器的原理，感興趣的童鞋快來圍觀吧。雷射技術與應用的迅猛發展，和多個學科相結合，形成新興的交叉學科。　　如光電子學、信息光學、雷射光譜學、非線性光學、超快雷射學、量子光學、光纖光學、導波光學、雷射醫學、雷射生物學、雷射化學等。
  • 新型傳感器系統無需紅外光譜儀便能識別分子
    打開APP 新型傳感器系統無需紅外光譜儀便能識別分子 胡薇 發表於 2018-06-14 14:17:10   瑞士聯邦理工學院研發的新型傳感器系統無需紅外光譜儀便能高精度地探測和分析分子，再藉助人工智慧（AI），
  • 化學痕量分析中選擇不同的試劑介紹
    6.NMR核磁共振溶劑氘代溶劑廣泛應用於化學研究領域，對於分析有機物分子結構的重要方法－－核磁共振波譜法是不可缺少。用途：核磁共振實驗可以提供原子同其他分子中的原子的關聯信息，包括分子的空間取向、三維空間結構。
  • 合肥物質科研院研發拉曼傳感試紙 2秒辨出爆炸物
    合肥物質科研院研發拉曼傳感試紙 2秒辨出爆炸物2014-04-20 10:00:37　來源:  安徽日報　　記者4月18日從中科院合肥物質科學研究院獲悉，在國家自然科學基金委的支持下，中科院智能所張忠平研究員領銜的研究團隊，重點針對各種材料表面以及混有痕量爆炸物物質的及時、現場檢測這一挑戰性難題，研發出能嗅出爆炸物氣味的拉曼傳感試紙
  • 潮科技 | 新型中紅外APD打破雷射雷達光電探測器性能極限
    圖 | MEMS 編者按：本文來自微信公眾號「MEMS」（ID：MEMSensor），作者麥姆斯諮詢，原文題目《新型中紅外APD打破雷射雷達光電探測器性能極限》，36氪經授權發布，略有刪減。中紅外（2~5 μm）探測所用窄帶隙材料受到載流子複合和能帶間隧道效應的困擾，因此中紅外探測器只能在低溫下工作。HgCdTe（碲鎘汞）是目前最常用的材料系統，工作於溫度為125K時，增益為10，Jdark為3 × 10⁴ A cm⁻²。