Fakulta matematiky, fyziky
a informatiky
Univerzity Komenského v Bratislave

Dve ocenenia výskumu nových techník pre štúdium absorpcie plynov

Prvé miesto v súťaži vedeckých prác mladých spektroskopikov za roky 2015-2016 a výber práce editorom na titulnú stranu časopisu Chemical Physics Letters získalo oddelenie optiky na Katedre Experimentálnej Fyziky FMFI.


09. 12. 2016 08.18 hod.
Od: Veronika Medvecká

Skupina optiky sa v spolupráci so zahraničnými partnermi dlhodobo zaoberá vývojom a testovaním nových techník umožňujúcich štúdium absorpcie plynov s vysokou citlivosťou v doteraz nedostatočne preskúmaných oblastiach frekvencií svetla. Dobrým príkladom je časť infra-červeného spektra okolo 2300 nm. Najzaujímavejšou vlastnosťou tejto oblasti je fakt, že svetlo o tejto vlnovej dĺžke je veľmi málo pohlcované vodnými parami alebo oxidom uhličitým. Keďže tieto látky sú veľmi aktívne v zemskej (voda) alebo extraterestriálnych (oxidom uhličitý na Venuši alebo Marse) atmosférach, je táto oblasť, nazývaná aj atmosférické okno, veľmi vhodná na pozorovania koncentrácií iných dôležitých plynov, ktoré v tejto oblasti absorbujú (obr. 1.). Napríklad budúca misia ESA - Sentinel 4[1] využije toto okno na meranie výskytu metánu a oxidu uhoľnatého v Zemskej atmosfére. Na to, aby sa transmisné dáta zo satelitov dali spracovať a určiť koncentrácie plynov, je potrebná detailná znalosť absorpcie svetla v tejto oblasti.

Za týmto účelom bol v spolupráci s naším pracoviskom zostavený špeciálny ultracitlivý detektor, ktorý využíva schopnosť uväzniť svetlo v optickom rezonátore. Týmto trikom dokážeme v laboratóriu vytvoriť svetlu podmienky podobné tomu, ako keď prechádza cez atmosféru, a teda že prekonáva vzdialenosti desiatok až stoviek km pričom v skutočnosti prejde len 1 m. Takto vieme merať absorpciu plynov približne so 100 krát väčšou citlivosťou ako doteraz používané techniky, čo umožňuje nielen získavať dáta v potrebnej kvalite pre analýzu satelitných meraní, ale poskytuje nám aj hlbší pohľad do štruktúry jednotlivých molekúl.

Prvé miesto v súťaži vedeckých prác mladých spektroskopikov Slovenskej spektroskopickej spoločnosti za roky 2015-2016 získal Mgr. Peter Čermák, PhD. za súbor štyroch vedeckých prác[1] venovaných vývoju a aplikáciám nového typu z povrchu emitujúceho lasera s externým rezonátorom – VECSELu (Obr. 2.) v spomínanom detektore.

Časopis Chemical Physics Letters publikuje originálne výsledky, ktoré významným spôsobom posúvajú poznanie v oblastiach fyzikálnej chémie. Pre každé číslo vyberá editor jeden výnimočný článok (zodpovedá približne 5% zo všetkých uverejnených článkov), ktorý  je potom uverejnený na titulke časopisu. V nasledujúcom čísle to bude prípad práce opisujúcej prvé laboratórne merania absorpcie molekuly dusíka v oblasti atmosférického okna okolo 2300 nm [2]. Článok predstavuje doteraz najcitlivejšie absorpčné merania v tejto oblasti. Táto vlastnosť bola demonštrovaná na príklade dusíka, ktorý je známy svojou schopnosťou veľmi málo pohlcovať svetlo. To možno vidieť aj na signáli z experimentu (obr. 3.), kde 100 Torrov dusíka má približne rovnaký signál ako približne 200 častíc na bilión (1012) amoniaku (prítomný v experimente ako nečistota)!  

[1]  • CRDS with a VECSEL for broad-band high sensitivity spectroscopy in the 2.3 μm window     

   • The HD spectrum near 2.3 μm by CRDS-VECSEL: Electric quadrupole transition and collision-induced absorption 

   • The CO2 absorption spectrum in the 2.3 µm transparency window by high sensitivity CRDS: (I) Rovibrational lines 

   • The CO2 absorption spectrum in the 2.3 µm transparency window by high sensitivity CRDS: (II) Self-absorption continuum 

[2] First laboratory detection of an absorption line of the first overtone electric quadrupolar band of N2 by CRDS near 2.2 μm