Los investigadores informan sobre un nuevo sistema lidar Raman de fotón único que funciona bajo el agua y puede distinguir de forma remota varias sustancias. También muestran que el nuevo sistema puede detectar el espesor del petróleo bajo el agua hasta a 12 m de distancia, lo que podría ser útil para detectar derrames de petróleo.

« La diferenciación de sustancias en el agua y la detección de sus características de distribución en el océano son de gran importancia para el monitoreo marino y la investigación científica », dijo el líder del equipo de investigación, Mingjia Shangguan, de la Universidad de Xiamen en China. « Por ejemplo, la detección remota de petróleo submarino que demostramos podría ser útil para monitorear fugas en oleoductos submarinos ».

Aunque los enfoques lidar basados ​​en señales Raman se han utilizado anteriormente para la detección de sustancias bajo el agua, los sistemas existentes no son prácticos porque son voluminosos y requieren grandes cantidades de energía.

En la revista Applied Optics de Optica Publishing Group, los investigadores describen su nuevo sistema lidar, que utiliza solo 1 μJ de energía de pulso y 22,4 mm de apertura del receptor. Todo el sistema lidar tiene 40 cm de largo con un diámetro de 20 cm y se puede operar hasta 1 km bajo el agua. Para aumentar la sensibilidad, los investigadores incorporaron la detección de un solo fotón en su compacto sistema lidar Raman submarino.

« Montar un sistema lidar Raman submarino en un vehículo submarino autónomo o un vehículo operado de forma remota podría permitir el monitoreo de fugas en oleoductos submarinos », dijo Shangguan. « Potencialmente también podría usarse para explorar los recursos oceánicos o aplicarse en la detección de tipos de sedimentos del fondo marino, como los arrecifes de coral ».

Sensibilidad de fotón único bajo el agua LIDAR

Los sistemas lidar tradicionales diseñados para operar sobre el agua en barcos, aeronaves o satélites pueden lograr perfiles oceánicos a gran escala, pero su profundidad de detección es limitada, especialmente en condiciones de mar gruesa. Los sistemas lidar Raman, sin embargo, se pueden utilizar para análisis bajo el agua a diferentes profundidades sin verse afectados por las condiciones del mar.

El lidar Raman funciona emitiendo un pulso de luz láser verde en el agua que interactúa con sustancias como el petróleo. Esto excita señales Raman inelásticas que pueden usarse para identificar sustancias. Al medir la intensidad de las señales Raman en longitudes de onda específicas, LIDAR puede proporcionar información sobre el contenido de petróleo en el agua.

« Los sistemas lidar Raman tradicionales se basan en el aumento de la potencia del láser y la apertura del telescopio para lograr la detección de detección remota, lo que conduce a un gran tamaño del sistema y un alto consumo de energía que dificultan la integración de los sistemas lidar en vehículos submarinos », dijo Shangguan. « El uso de la tecnología de detección de fotones individuales hizo posible este trabajo al mejorar la sensibilidad de detección al nivel de los fotones individuales ».

Los investigadores demostraron su nuevo sistema lidar usándolo para detectar espesores variables de aceite de gasolina en una celda de cuarzo que estaba a 12 m del sistema. Tanto el sistema lidar como la celda de cuarzo se sumergieron a una profundidad de 0,6 m bajo el agua en una gran piscina. El sistema lidar pudo detectar y distinguir todos los espesores de gasolina, que iban desde 1 mm hasta 15 mm.

Los investigadores ahora están trabajando para aumentar la cantidad de canales de detección y la resolución espectral Raman del sistema lidar de fotón único para mejorar su capacidad de distinguir diferentes sustancias en el agua. Esto permitiría utilizarlo para analizar tipos de burbujas submarinas y detectar corales y nódulos de manganeso.