一组研究人员在《美国国家科学院院刊》上报告说，激光可用于从数百米外识别化学粉末，如爆炸物或肥料。
作者利用了一种称为拉曼光谱的技术，在这种技术中，激光使物质中的分子振动、扭曲和摆动。然后，分子会重新发射或散射能量略低于入射光子的光子。能量的差异由分子的性质决定，因此散射的光子携带该物质的独特指纹。
但拉曼光谱有一个主要缺点——散射信号很弱，这意味着即使在距离样品几十米的地方，光也很难收集。德克萨斯A&M大学学院站的物理学家弗拉迪斯拉夫·雅科夫列夫说，所以大多数专家认为，在更远的距离上这样做是不可行的。“所有尝试进行这种远程化学传感的传统方法基本上都在50米或更远的距离上失败了，”他说。
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为了增强信号，雅科夫列夫的团队将样品本身变成了激光器。普通的激光器用反射光束的镜子来捕获光，而细粉末可以将其光捕获在跳动的粒子中，然后散射光子。在入射光强度的临界阈值处，信号呈指数级放大，并且带有化学特征的激光从样品中向各个方向发出。
这种现象被称为随机激光，研究人员报告说，他们使用它来识别在简易爆炸装置中发现的各种化学物质（包括硝酸铵、硝酸钠和高氯酸钾），在实验室测试中，激光束传播了近400米，并被一系列镜子反射。他们计算出，如果他们能够消除吸收部分光的镜子，他们就可以实现1公里的直线探测距离。
需求
一个主要的限制是该技术需要材料呈粉末状。尽管如此，这项研究提供了潜在的军事和安全应用，包括识别爆炸物和路边炸弹，田纳西州橡树岭国家实验室的物理学家阿里·帕西恩说，他没有参与这项研究。他说，在2001年9月11日发生恐怖袭击事件后，“我们受到了来自不同国防机构的要求，要求我们准确地做到这一点”。
帕西恩警告说，实验室的成功并不总是能转化为实地应用。灰尘、风和上升的暖空气可能会削弱和扭曲激光束——无论是射向样品还是从样品射出。此外，还不清楚需要存在多少粉末才能使探测工作，或者以何种浓度存在。帕西恩说，如果将危险粉末混合到土壤中，则将更难检测。
这项最新的工作得到了美国空军的部分支持，并在其位于德克萨斯州圣安东尼奥的研究机构进行。该研究的作者拒绝讨论空军是否有计划开发这些发现，但他们提出了其他可能的用途，例如监测农田和测量土壤中施肥硝酸盐的存在。雅科夫列夫说，识别人类遗骸（如在乱葬坑中）是另一个感兴趣的领域，尽管该团队尚未考虑。
本文经许可转载，并于2014年8月11日首次发表。