环形激光干涉仪未来或可应用于自然灾害预警系统

国际金属加工网 2017年01月23日

最近,美国汉德里克斯学院的科学家在《应用物理学杂志》(JournalofAppliedPhysics)上发表研究称,其开发了一个小型环形激光干涉仪,以探测地震引发的地旋和对流风暴产生的次声波等地球物理效应,未来该技术或可应用于飓风、龙卷风和火山爆发等自然灾害预警系统。

OFweek激光网讯:今年2月,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)成功探测到数十亿年前两个黑洞合并过程中产生的时空涟漪——引力波。最近,美国汉德里克斯学院的科学家在《应用物理学杂志》(JournalofAppliedPhysics)上发表研究称,其开发了一个小型环形激光干涉仪,以探测地震引发的地旋和对流风暴产生的次声波等地球物理效应,未来该技术或可应用于飓风、龙卷风和火山爆发等自然灾害预警系统。

“从本质上来讲,我们证实了美国国家海洋和大气管理局(NOAA)一项长期研究得出的许多结果,但我们用环形激光器替代了传声器。”汉德里克斯学院物理学教授罗伯特·邓恩说道。

该环形激光干涉仪可以清晰地显示出次声波的频谱,尤其需要指出的是,在龙卷风到达地面前30分钟时激光器就可以探测到龙卷风产生的次声波。研究者发现,龙卷风产生的次声波可以传播1000公里远,这证实了NOAA之前的研究结果。

那么该环形激光器是如何运作的呢?首先,激光器等离子体管分别以顺时针和逆时针方向发射一激光束。如果激光腔以顺时针方向旋转,那么同样以顺时针方向运动的光子绕激光腔一周所用时间会更长,而以逆时针方向运动的光子所用时间更短。由于光速是一个常数,因此以不同方向运动的激光束所经路径长度就不同,而路径长度的不同反过来会产生频差。

当以顺时针和逆时针方向运动的激光束复合在一起时,就会产生与旋转相对应的“拍音”。地球一直在不停旋转,利用水平环形激光器可以测量出地球旋转。对激光腔造成扰动的现象会改变地球的拍音频率。这就意味着,进入激光腔的次声波可对其造成扰动,从而改变地球旋转产生的拍音频率。

该仪器可以在龙卷风到达地面前30分钟探测出其产生的次声波,结合多普勒雷达,在预警系统中具有很好的应用前景。此外,由于其可以探测到地震波的旋转分量,因此也许可以减少地震带来的损害。

除了可用于龙卷风预警系统,环形激光器还能探测到飓风和火山爆发产生的次声波。火山灰可毁坏喷气发动机,环形激光器可探测到遥远地点发生的火山爆发,从而确保该地区飞机的飞行安全。

邓恩强调,“现在所有的结果可以说还只是个开始,我们的目标是不断探索环形激光器在防灾减灾上的应用。”


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