激光能識別數(shù)百米之外的化學(xué)粉末，例如爆炸物或肥料，研究者將這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表于近日的美國《國家科學(xué)院院刊》上。
并未參與新研究的瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)物理學(xué)家JeromeKasparian說：“這是之前從未有過的新方法?！?/p>
研究者開發(fā)出一種名為拉曼光譜學(xué)的探測技術(shù)，利用光束使分子處于震動、扭曲或搖擺的狀態(tài)，之后光子會被重新發(fā)射或散射，只不過其攜帶的能量要比照射進(jìn)來時攜帶的能量低一些。這種能量上的差別由分子的性質(zhì)決定，因此散射光子具備獨(dú)一無二的物質(zhì)特征。
但是拉曼光譜學(xué)有一個很大的硬傷，散射出的信號非常微弱，這意味著很難探測到哪怕數(shù)十米外的物體。因此，大多數(shù)研究者并不認(rèn)為該技術(shù)能進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測。美國得州農(nóng)工大學(xué)物理學(xué)家VladislavYakovlev說：“所有傳統(tǒng)方法最多只能在50米左右的距離捕捉到信號?！?/p>
為了增強(qiáng)信號強(qiáng)度，Yakovlev領(lǐng)導(dǎo)的小組將待探測的樣本轉(zhuǎn)變?yōu)榧す馐?。就如同普通光束能夠依靠鏡子捕捉光線并反射光束一樣，合適的粉末也能夠依靠活躍的粒子捕捉光線，之后將光子散射出去。當(dāng)光束以臨界值的強(qiáng)度射入時，信號強(qiáng)度會成倍增強(qiáng)。
這一現(xiàn)象被稱作隨機(jī)激光，研究者報告稱他們能利用該技術(shù)鑒別多種用于制造爆炸裝置的化學(xué)物質(zhì)，例如硝酸銨和硝酸鈉。在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下，激光束能夠通過一系列鏡子在近400米的距離探測到這些粉末。研究者計算，如果他們能夠在不依靠鏡子的情況下實(shí)現(xiàn)探測，那么探測的直線距離將延長到1000米。
Kasparian說：“實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人印象深刻，清晰地展示了探測幾百米外的物體是可行的。”
未參與新研究的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家AliPassian認(rèn)為，新技術(shù)的一項(xiàng)主要難點(diǎn)在于，要求探測物質(zhì)必須是粉末狀的，不過這也使其具備潛在的軍事和安全應(yīng)用價值，例如探測爆炸物和路邊炸彈。Passian說：“在經(jīng)歷了2001年的‘9·11’恐怖襲擊事件后，安全部門一直要求我們開發(fā)類似的技術(shù)?！?/p>
Passian提醒道，在實(shí)驗(yàn)室獲得成功并不意味著一定能應(yīng)用到實(shí)踐中，灰塵、風(fēng)力以及不斷升高的氣溫都會降低或扭曲激光束。此外，目前還不清楚究竟需要多少粉末或何種濃度才能實(shí)現(xiàn)探測任務(wù)，如果危險粉末與土壤混合在一起將為探測工作帶來極大難度。
