一組研究人員在《美國國家科學院院刊》上報告說，雷射可用於從數百米外識別化學粉末，如爆炸物或肥料。
作者利用了一種稱為拉曼光譜的技術，在這種技術中，雷射使物質中的分子振動、扭曲和擺動。然後，分子會重新發射或散射能量略低於入射光子的光子。能量的差異由分子的性質決定，因此散射的光子攜帶該物質的獨特指紋。
但拉曼光譜有一個主要缺點——散射訊號很弱，這意味著即使在距離樣品幾十米的地方，光也很難收集。德克薩斯A&M大學學院站的物理學家弗拉迪斯拉夫·雅科夫列夫說，所以大多數專家認為，在更遠的距離上這樣做是不可行的。“所有嘗試進行這種遠端化學感測的傳統方法基本上都在50米或更遠的距離上失敗了，”他說。
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為了增強訊號，雅科夫列夫的團隊將樣品本身變成了雷射器。普通的雷射器用反射光束的鏡子來捕獲光，而細粉末可以將其光捕獲在跳動的粒子中，然後散射光子。在入射光強度的臨界閾值處，訊號呈指數級放大，並且帶有化學特徵的雷射從樣品中向各個方向發出。
這種現象被稱為隨機雷射，研究人員報告說，他們使用它來識別在簡易爆炸裝置中發現的各種化學物質（包括硝酸銨、硝酸鈉和高氯酸鉀），在實驗室測試中，雷射束傳播了近400米，並被一系列鏡子反射。他們計算出，如果他們能夠消除吸收部分光的鏡子，他們就可以實現1公里的直線探測距離。
需求
一個主要的限制是該技術需要材料呈粉末狀。儘管如此，這項研究提供了潛在的軍事和安全應用，包括識別爆炸物和路邊炸彈，田納西州橡樹嶺國家實驗室的物理學家阿里·帕西恩說，他沒有參與這項研究。他說，在2001年9月11日發生恐怖襲擊事件後，“我們受到了來自不同國防機構的要求，要求我們準確地做到這一點”。
帕西恩警告說，實驗室的成功並不總是能轉化為實地應用。灰塵、風和上升的暖空氣可能會削弱和扭曲雷射束——無論是射向樣品還是從樣品射出。此外，還不清楚需要存在多少粉末才能使探測工作，或者以何種濃度存在。帕西恩說，如果將危險粉末混合到土壤中，則將更難檢測。
這項最新的工作得到了美國空軍的部分支援，並在其位於德克薩斯州聖安東尼奧的研究機構進行。該研究的作者拒絕討論空軍是否有計劃開發這些發現，但他們提出了其他可能的用途，例如監測農田和測量土壤中施肥硝酸鹽的存在。雅科夫列夫說，識別人類遺骸（如在亂葬坑中）是另一個感興趣的領域，儘管該團隊尚未考慮。
本文經許可轉載，並於2014年8月11日首次發表。