Analytiska optiska metoder är avgörande för det moderna samhället eftersom de möjliggör snabb och säker identifiering av ämnen i fasta ämnen, vätskor eller gaser. Dessa metoder bygger på att ljus interagerar på olika sätt med dessa ämnen i olika delar av spektrumet. Till exempel har ultravioletta spektrumet direkt tillgång till elektroniska övergångar inuti ett ämne, medan terahertz är mycket känsligt för molekylära vibrationer.
En konstnärlig bild av det mellaninfraröda pulsspektrumet i bakgrunden av det elektriska fältet som genererar pulsen
Många tekniker som utvecklats under åren har möjliggjort hyperspektroskopi och avbildning, vilket gör det möjligt för forskare att observera fenomen som molekylers beteende när de viks, snurrar eller vibrerar för att förstå cancermarkörer, växthusgaser, föroreningar och till och med skadliga ämnen. Dessa ultrakänsliga tekniker har visat sig användbara inom områden som livsmedelsdetektering, biokemisk avkänning och till och med kulturarv, och kan användas för att studera strukturen hos antikviteter, målningar eller skulpturala material.
En långvarig utmaning har varit bristen på kompakta ljuskällor som kan täcka ett så stort spektralområde och ha tillräcklig ljusstyrka. Synkrotroner kan ge spektral täckning, men de saknar lasrarnas tidsmässiga koherens, och sådana ljuskällor kan endast användas i storskaliga användaranläggningar.
I en nyligen publicerad studie i Nature Photonics rapporterar ett internationellt forskarteam från bland annat Spanska institutet för fotoniska vetenskaper, Max Planck-institutet för optiska vetenskaper, Kuban State University och Max Born-institutet för olinjär optik och ultrasnabb spektroskopi en kompakt, högljus infraröd drivkälla. Den kombinerar en uppblåsbar antiresonant ringfotonisk kristallfiber med en ny olinjär kristall. Enheten levererar ett koherent spektrum från 340 nm till 40 000 nm med en spektral ljusstyrka som är två till fem storleksordningar högre än en av de ljusaste synkrotronanordningarna.
Framtida studier kommer att använda ljuskällans kortperiodiska pulsvaraktighet för att utföra tidsdomänanalys av ämnen och material, vilket öppnar upp nya vägar för multimodala mätmetoder inom områden som molekylärspektroskopi, fysikalisk kemi eller fasta tillståndets fysik, sa forskarna.
Publiceringstid: 16 oktober 2023