想象一下这个正在形成的灾难场景：在一家工业工厂，一根管道破裂，向空气中喷射出一团微小的液滴。然而，工人们运气不错。几分钟内，一个小手提箱大小的激光设备就能探测到云层，并告诉安全人员里面有什么，这样他们就知道如何应对。

这是一个由科罗拉多大学博尔德分校、加州理工学院、加州大学圣巴巴拉分校和三家公司的工程师和化学家组成的团队的新项目背后的愿景。它是由情报高级研究项目活动（IARPA）的一份新合同资助的，IARPA是联邦国家情报总监办公室的一部分。

这项工作的名字是“对峙气溶胶测量远程光学网络”（SAURON），取自《指环王》系列丛书中的反派人物 —— 一个经常以火焰之眼的形式出现的人，他的目光“穿透云层、阴影和大地”。

保罗·m·雷迪机械工程系教授、该项目的首席研究员格雷格·里克（Greg Rieker）说：“这就是我们的想法：一只全视之眼，可以在拥挤的其他物质背景中探测到有害的气溶胶。”

他解释说，“索伦（SAURON）”将聚焦于悬浮微粒，悬浮微粒指的是漂浮在空气中的各种微小颗粒。一些气溶胶可能含有对人类构成严重威胁的化学物质，如多环芳烃。硝酸铵是炸药的一种常见成分，也会形成气溶胶。芬太尼也是如此，芬太尼是一种阿片类药物，即使少量也会致命。

为了探测这些危险，研究小组正在求助于一项获得诺贝尔奖的技术 —— 频率梳状激光。研究人员希望，在不久的将来，他们的设备可以帮助保护人们免受一系列空中威胁，包括工业事故，甚至是拥挤的城市中潜在的化学袭击。

电气、计算机和能源工程系教授斯科特·戴德姆斯说：“激光会耗尽电池，所以你可以把它们部署在机场、城市街区或使用危险材料的工业场所。人们会立刻知道是故障还是泄漏。”

科罗拉多大学博尔德分校该项目的联合首席研究员包括迪达姆斯（Diddams）、机械工程教授Daven Henze和环境科学合作研究所（CIRES）的化学教授兼研究员Jose Jimenez。

看到看不见的

从很多方面来说，发现危险的气溶胶是“大海捞针”的终极任务。人们呼吸的空气比看起来要复杂得多。

格雷格·里克说：“在大气中的任何时候，都存在甲烷和二氧化碳，以及我们称之为挥发性有机化合物的其他例子。有很多杂物。”

研究小组认为，频率梳激光器可能有助于理清这些杂乱的信息。

迪达姆斯是JILA团队的成员之一，JILA是科罗拉多大学博尔德分校和国家标准与技术研究所（JILA）的联合研究机构，是这些工具的先驱。这个由诺贝尔奖得主简·霍尔领导的研究小组使用频率梳激光器进行量子计量和光学时钟的研究。与传统激光器不同的是，频率梳激光器同时发射出一束具有数百万种颜色的光。

如果你把这样的光穿过一个环境，这些激光就可以像气溶胶的指纹扫描仪一样，从空气中微小的颗粒或气体浓度中提取出信号。项目团队包括LongPath Technologies，该公司使用这些工具搜索油气设施中的甲烷泄漏。格雷格·里克于2017年共同创立了LongPath。

在三年半的时间里，“索伦（SAURON）”的研究人员将努力使他们的激光器更加灵敏和紧凑。为了做到这一点，该小组正在整合由加州理工学院的Kerry Vahala、加州大学圣巴巴拉分校的John Bowers以及Nexus photonics和hQphotonics公司首创的新的“集成光子学”技术。该团队将在小型芯片上设计其设备，该设备不使用电子信号，而是使用光束传输信息。这项工作是科罗拉多大学博尔德分校量子工程计划的一部分。

“它们就像传统的硅计算机芯片，但可以产生光，四处移动，并以一种对传感有用的方式相互作用，”迪达姆斯说。

“索伦（SAURON）”是科罗拉多大学博尔德分校的研究人员将基础科学的进步转化为有一天可以保护人类的有形技术的一个例子。

格雷格·里克说：“我们正在采用为量子科学开发的技术，并将其转化为广泛的应用。”

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