가스 분자 측정을 향상시키는 새로운 고스트 이미징 기술

• 새로운 고스트 이미징 방법은 대기에 존재하는 가스와 그 양을 훨씬 더 정확하게 측정합니다.
• 매우 민감한 감지기와 강력한 광원이 필요하지 않습니다.

이산화탄소, 메탄, 오존, 아산화질소와 같은 대기의 온실 가스를 측정하는 것은 이러한 가스의 양이 기후 변화에 미치는 영향을 연구하는 데 중요합니다. 현재 농도를 모니터링하는 고정 장비와 위성을 지속적으로 사용하거나 플라스크에서 공기 샘플을 수집한 다음 실험실에서 분석하여 측정합니다.

이제 동부 핀란드 대학교, 탐페레 공과 대학교 및 프랑스 부르고뉴 대학교의 연구원 팀이 다양한 가스 분자의 분광 측정을 수행하기 위한 새로운 접근 방식을 고안했습니다. 고스트 이미징 기술이라고 합니다.

기존 이미징 기술과 비교하여 이 새로운 접근 방식은 훨씬 더 정확하게 가스 분자의 화학적 구성을 밝혀낼 수 있습니다. 어떤 경우에는 온실 가스를 보다 민감하게 식별할 수 있습니다.

작동 방식

고스트 이미징은 광범위한 파장에서 작동하여 메탄 및 이산화탄소를 포함하여 대기에 존재하는 가스 모니터링을 개선합니다. 초연속 광원(여러 파장의 펄스 방출)과 함께 작동하여 공기 샘플을 통해 전달되는 파장 기반 빛을 이미지화하고 나노미터 미만의 분해능으로 가스 분자의 스펙트럼 지문을 측정합니다.

이 새로운 기술은 물체의 모양에 대한 데이터를 포함하지 않지만 특성에 대한 간접적인 인터페이스를 가능하게 하는 2개의 다른 빔의 강도를 연관시켜 그림을 생성합니다. 극한 조건에서 기존 이미징 시스템에서 관찰된 왜곡(전부는 아님)을 제거하고 피코초(10 ⁻¹² )에서 스크램블된 신호를 복원할 수 있습니다. 초) 시간 척도.

가스 분자는 대부분 산란되기 때문에 투과광을 약간만 변경합니다. 따라서 이를 감지하려면 매우 민감한 기기와 강력한 광원이 필요합니다.

참조:광학 학회 | doi:10.1364/OL.43.005025

단일 파장의 신호를 식별하는 기존 이미징 방법과 달리 고스트 이미징 기술은 여러 파장으로 구성된 통합 신호를 감지합니다. 따라서 매우 민감한 감지기와 강력한 광원을 사용할 수 없는 곳에서도 작동합니다.

보다 구체적으로 말하면 2개의 빔을 연관시켜 스펙트럼 그림(물체의 반사 또는 투과 스펙트럼을 포함)을 생성합니다. 첫 번째 빔은 프로브 참조로 동작하는 임의의 패턴을 인코딩하고 다른 빔은 샘플을 조명합니다. 스펙트럼 '고스트 이미지'를 얻는 데 필수적인 참조를 생성하기 위해 저자는 연속 플러스 스펙트럼 사이에서 발생하는 무작위 변동을 사용했습니다.

이미지 제공:NASA

그런 다음 샘플을 통해 전달된 빔은 스펙트럼 분해능 없이 검출기를 통해 분석됩니다. 이를 기준 스펙트럼 변동과 연관시킨 후 스펙트럼 이미지를 명확하게 볼 수 있었습니다.

테스트

이 새로운 기술을 테스트하기 위해 그들은 이 기술을 사용하여 메탄 가스의 스펙트럼 그림을 생성했습니다. 그것은 메탄의 정체를 나타내는 별개의 흡수선의 순서를 정확하게 재창조했습니다. 그들은 또한 결과를 기존의 직접 분광법 측정과 비교했습니다. 두 기술의 결과가 잘 일치했습니다.

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현재 저자들은 스펙트럼 변동을 조정하기 위해 사전 프로그래밍 가능한 광원 장치를 실험하고 있습니다. 이렇게 하면 기준 스펙트럼 패턴을 측정할 필요가 없습니다. 또한 이 기술을 광간섭 단층촬영 장치와 통합하여 조직을 포함한 다양한 생물학적 샘플에서 샘플을 유해한 광선에 노출시키지 않고 민감한 데이터를 추출할 수 있도록 하려고 합니다.