Diagnostica ambientale

Il controllo degli aerosol e degli inquinanti gassosi legati ad attività antropiche presenti in atmosfera è diventato di primaria importanza, sia per i problemi connessi all'ambiente che agli effetti di tipo climatico riscontrabili a livello globale quali effetto serra e riduzione della fascia di ozono.

Acquistano pertanto notevole rilevanza quei sistemi diagnostici tipo DIAL (Differential Absorption LIDAR) che consentono la misurazione di minime concentrazioni di particolato e molecole gassose nocive.
Inoltre, è possibile effettuare misure remote ed in tempo reale, permettendo di ottenere una mappatura spaziale e temporale delle molecole oggetto di studio.

Il sistema DIAL implementato presso il Centro Laser a bordo di un sistema mobile è utilizzato in particolare per la rivelazione di alcuni inquinanti gassosi quali SO₂, NO₂, O₃, toluene e benzene ad una elevata distanza dalla sorgente (dell'ordine di alcuni km).
La sua configurazione monostatica permette misure di concentrazione di gas in ogni direzione, con elevata risoluzione spaziale e facilità operativa.

Il sistema DIAL è costituito da un sistema di sorgenti laser con ottica di trasmissione in atmosfera del raggio laser, dal telescopio per la ricezione, da un'elettronica di rivelazione e di controllo e da un computer.
Il trasmettitore è un laser a Ti-zaffiro (Ti-Al₂O₃) pompato da Nd:YAG, duplicato e triplicato in frequenze con durata dell'impulso di 10-15 ns.

Il laser a Ti-zaffiro utilizza una configurazione con oscillatore più amplificatore doppio passo, pompaggio longitudinale ed è accordabile in lunghezza d'onda sulla scala 750-900 nm mediante regolazione computerizzata del reticolo diffrattivo in cavità ottica.
L'oscillatore può essere accordato su due frequenze scelte in un range ristretto in modo da operare in risonanza e immediatamente fuori risonanza della riga molecolare del gas da rivelare, come richiesto dalla tecnica DIAL mediante commutazione rapida in lunghezza d'onda.
La radiazione emessa dal Ti-zaffiro viene duplicata e triplicata mediante uno stadio di conversione non lineare con cristalli di BBO, impiegati sia come generatori di armonica sia come miscelatori di frequenza.
Per il mixing di frequenza viene utilizzato un oscillatore a Nd-YAG addizionale.
Il sistema di laser è fisicamente montato su un unico banco che alloggia: i due oscillatori Nd- YAG (di pompa e di mixing), il laser Ti-zaffiro, il sistema di mixing per la generazione di armoniche.
Per evitare problemi di disallineamento il banco stesso è termostatato mediante circolazione di acqua proveniente da un chiller.
La gestione del laser è effettuata mediante PC e software realizzato in Labview.
La radiazione retrodiffusa dall'atmosfera, raccolta dal telescopio, viene inviata ad un fotomoltiplicatore il cui segnale elettrico in uscita viene amplificato e digitalizzato tramite un transient recorder.
Il PC elabora quindi i segnali acquisiti e calcola le concentrazioni del gas mediante algoritmi appositamente sviluppati.
Il sistema di ricezione è costituito da un telescopio di tipo newtoniano, con diametro dello specchio principale di 600 mm e lunghezza focale di 1600 mm e campo di vista di 1 mra.
L'intero sistema DIAL è alloggiato all'interno di un laboratorio mobile, allestito all'interno di un camion.