与二氧化碳一样，甲烷是全球变暖的主要驱动因素。为了精确地探测和监测大气中的气候污染物，马克斯普朗克光科学研究所（MPL）的科学家们开发了一种先进的激光技术。高功率镱薄板激光器驱动光学参量振荡器（OPO）产生短波红外（SWIR）光谱范围内的高功率、稳定脉冲。这使得研究人员能够检测和分析各种各样的大气化合物。这种新方法在追踪温室气体循环和气候变化的影响方面发挥着至关重要的作用，最近发表在《APL Photonics》杂志上。

　　短期污染物在全球变暖中起着关键作用。例如，甲烷与全球温室效应特别相关，因为它的变暖潜力比二氧化碳高25倍。然而，由于两个原因，检测和监测这些污染物是具有挑战性的。首先，在通常用于探测的标准红外范围内，水蒸气会干扰和重叠许多气体的吸收光谱。其次，由于这些污染物在大气中具有挥发性，因此难以检测。通过瞄准SWIR范围，新激光系统提供了前所未有的检测灵敏度和准确性，在SWIR范围内，甲烷等污染物被强烈吸收，而吸水率仍然很小。

　　这项创新的核心是镱薄盘激光器，它能以兆赫兹的重复频率产生高功率飞秒脉冲。这使得系统可以泵浦OPO，将激光脉冲转换为具有显著功率和强度的SWIR范围。OPO以两倍于泵浦激光器的重复频率工作，提供稳定、可调谐的SWIR脉冲，为高灵敏度光谱应用进行了优化。该团队的开创性方法还集成了宽带、高频调制的OPO输出，从而提高了信噪比，提供了更高的检测精度。

　　“由于镱薄片状激光器的功率可扩展性，我们的激光系统的输出可以缩放到更高的平均和峰值功率。采用该系统对污染物进行实时准确检测，可以更深入地了解温室气体动态。这可能有助于解决我们在理解气候变化方面面临的一些挑战，”MPL的博士生李安妮说。

　　该激光器在SWIR范围内产生高功率稳定脉冲的能力改变了场分辨光谱和飞秒场镜的游戏规则，这些方法使研究人员能够以最小的干扰检测和分析大范围的大气化合物。

　　该项目的首席研究员Hanieh Fattahi博士说：“这项新技术不仅适用于大气监测和气体传感，而且在其他科学领域也有潜力，比如需要高带宽调制激光器的地球轨道通信。”研究人员计划进一步开发该系统，目标是创建一个多功能平台，用于实时污染物监测和地球-空间光通信。