Um protótipo de sensor químico desenvolvido na Universidade de Michigan será capaz de detectar "quantidades de uma única impressão digital" de substâncias a uma distância de mais de 30 metros, e seus desenvolvedores estão trabalhando para reduzi-lo ao tamanho de uma caixa de sapatos.

Pode ser usado para identificar vestígios de drogas e explosivos, além de agilizar a análise de certas amostras médicas. Um sensor químico infravermelho portátil pode ser montado em um drone ou carregado por usuários, como médicos, polícia, oficiais de fronteira e soldados.

O sensor é possível graças a um novo laser baseado em fibra óptica que combina alta potência com um feixe que cobre uma ampla banda de frequências infravermelhas - de 1,6 a 12 mícrons, que cobre os chamados infravermelhos de ondas médias e longas.

"A maioria dos produtos químicos tem assinaturas de impressões digitais entre cerca de 2 e 11 mícrons, "disse o pesquisador da U-M, Mohammed Islam, quem desenvolveu o laser. "Portanto, esta faixa de comprimento de onda é chamada de 'região de impressão digital espectral'. Portanto, nosso dispositivo permite a identificação de sólidos, alvos de líquido e gás com base em sua assinatura química. "

O projeto é uma colaboração entre U-M, Leidos, empresa global de tecnologia, fabricantes de fibras IRflex e CorActive e U-M startup Omni Sciences, que foi fundada pelo Islã. O projeto é financiado pela U.S. Intelligence Advanced Research Projects Activity.

Islamismo, Professor U-M de engenharia elétrica e da computação e engenharia biomédica, e sua equipe construiu seu dispositivo com fibra ótica de prateleira e componentes de telecomunicações, economize uma fibra ótica feita sob medida. Essa abordagem garante que o laser seja confiável e prático para fabricar a um custo razoável.

"Mostramos que podemos ganhar US $ 10, 000 laser que pode fazer tudo a $ 60, 000 laser pode fazer, "Islam disse.

Lasers infravermelhos de banda larga são normalmente construídos a partir de um laser que produz pulsos de luz muito curtos, e então uma série de amplificadores aumentam a potência, mas esta abordagem é limitada a laboratórios. Além de seus altos custos, esses componentes ainda não podem ser reduzidos o suficiente para caber em um dispositivo portátil. Mais, o uso de lentes e espelhos tornaria o dispositivo sensível a choques e mudanças de temperatura.

Para criar seu novo laser, a equipe começou com um diodo laser padrão, semelhantes aos apontadores de laser e leitores de código de barras. Esse pulso foi então aumentado em potência com amplificadores de telecomunicações - semelhantes aos usados ​​em campo para aumentar periodicamente o backup dos sinais de voz à medida que eles diminuem em longas viagens através das linhas de fibra óptica. Então eles executaram este poderoso, sinal de banda larga através de uma bobina de fibra óptica de 2 metros.

"É aqui que entra a magia, "disse o Islã." Colocamos esses pulsos de cerca de um nanossegundo nesta alta potência e eles se dividem em séries muito estreitas de pequenos pulsos curtos, normalmente, menos de um picossegundo de largura. Então, basicamente pelo preço de 20 centavos de fibra, obtemos o mesmo tipo de saída que lasers de bloqueio de modo muito caros. "

Então, em um processo conhecido como "geração supercontínua, "eles expandiram os comprimentos de onda cobertos por essa luz, enviando-a através de fibras de vidro mais macias especializadas. A maioria dos lasers emite luz de apenas um comprimento de onda, ou cor. Mas os lasers supercontínuos emitem um feixe concentrado de luz de uma faixa muito mais ampla de comprimentos de onda.

Lasers supercontínuos de comprimento de onda visível, por exemplo, descarregam colunas estreitas que parecem brancas porque contêm luz de todo o espectro visível. O laser supercontínuo infravermelho de banda larga do Islã faz o equivalente, mas em comprimentos de onda infravermelhos mais longos.

Para usar o dispositivo, os pesquisadores apontam o laser para um objeto e analisam a luz refletida para identificar quais comprimentos de onda não retornaram. Eles podem identificar produtos químicos pelo padrão único de comprimentos de onda infravermelhos que absorvem.

A equipe demonstrou com sucesso o laser para a Atividade de Projetos de Pesquisa Avançada de Inteligência dos EUA em agosto de 2017, analisar 70 amostras misteriosas em dois dias de testes. A fase 2 do projeto envolverá o encolhimento do sistema para o tamanho de uma caixa de sapatos, um processo que será liderado pela Leidos e Omni Sciences.

Além das aplicações em policiamento e defesa, O Islã vê um futuro para a tecnologia na medicina. Por exemplo, as amostras de tecido são analisadas quimicamente em um laboratório - um processo que leva tempo e leva materiais. Islam acredita que o laser pode fornecer uma avaliação do conteúdo químico local. Pode até ser possível passar o feixe por uma luneta e analisar o tecido direto do corpo.

O laser é descrito no jornal Cartas de Óptica , em um artigo intitulado, "Geração supercontínua no infravermelho médio de 1.6 a> 11 micrômetros usando fibras concatenadas de fluoreto de índice de etapas e calcogeneto. "