游飞
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From IEEE Spectrum：http://spectrum.ieee.org/semiconductors/optoelectronics/using-lasers-to-find-land-mines-and-ieds/0
激光可以隔空电离空气并且安全地检测隐藏爆炸物产生的气味
探测隐藏的爆炸物，当前主要依靠狗的鼻子和金属探测器。然而金属探测器的危险程度较高，狗也不能具体阐明令其兴奋的物质是否确实是爆炸物。如果能有一种设备能够在安全距离外对微量爆炸物分子进行探测，那将是非常好的事情。
普林斯顿大学的研究者采用了两种互补的技术对远距离爆炸物痕迹分子进行探测和确定，一种是待测定空气中受激发产生的激光回波来检测敏感分子，另外一种是采用雷达回波的方式来检验来自痕迹气体的离子或电子。两种方式来源于独立的物理现象，能够互证，降低虚警概率。
1. 激光检测方法
将 脉冲紫外激光器（226nm）聚焦于空气中的一点，使得激光能量足够分解氧气，使氧分子分裂成为2个氧原子，聚焦的距离可以调整为离发射器30米左右，激 光在该区域先汇聚再发散，形成一个类似沙漏的形状。氧分子分裂发生在沙漏的汇聚端。激光产生的短脉冲期间使得大量的氧原子到达一个高能状态，形成所谓的粒 子数反转。这种不稳定的条件会导致激光链式反应，使得原子降低到较低能级时发出一个具有特定波长（845nm）的光子，该光子又会激发其他原子发出相同波 长和相位的光子。这些受激发产生的光子主要汇聚在与来光平行的方向，且与来光具有不同的波长。空气受激所产生的光反向传播可以到达与发射机在同一位置的接 收机，通过该受激光的特性来侦察目标空气处的痕迹分子具有很大的优势。可以与反射光区分开来，不受环境光的影响，以及和噪声的正交性等，与其他依靠两个光 源或者反射光检测的技术相比具有较大优势。
2.雷达检测方法
为了避免激光检测法的虚警概率，该方案采用了独立的雷达回波方式对激 光检测结果进行校验。该方法采用另一束独立的激光发射，该激光具有被特定分子吸收的特性。在该特定分子吸收该激光以后，会产生热量，使得附近的空气密度发 生变化，采用第一种方法发射的激光会在待检测区域失焦而改变反射激光的特性。目标分子由于吸收光子，达到高能级，使得一个电子被踢出分子而带正电荷。此时 发射雷电波必然造成类似金属回波的特性，从而验证该目标分子的存在。该团队验证了NO分子能够被电离，且采用的工作于100 GHz的10mW雷达能够检测回波的存在。NO分子被确证与爆炸物存在关联，因此对NO分子的检测能够辅助爆炸物存在的证据。
Photo: James B. Michael
MODEL BUILDING: The authors' lab at Princeton University has shown that both the air-laser and the radar REMPI techniques can detect traces of chemical vapors. Next, the method must be proved to work over a distance of tens of meters.
About the Authors Richard B. Miles, Arthur Dogariu, and James B. Michael research optics at Princeton University. Miles is a professor of mechanical and aerospace engineering, Dogariu is a research scientist, and Michael is a graduate student. They measure subsonic and supersonic air motion with lasers and microwaves, accelerating air with surface electric discharges, magnetic fields, and electron beams, and speeding up flames with microwaves. Their work led them to use lasers for standoff detection. In short, "we work on air," Miles says.
