Analyyttiset optiset menetelmät ovat elintärkeitä nyky-yhteiskunnassa, koska ne mahdollistavat aineiden nopean ja turvallisen tunnistamisen kiinteissä aineissa, nesteissä tai kaasuissa. Nämä menetelmät perustuvat valon ja näiden aineiden erilaiseen vuorovaikutukseen spektrin eri osissa. Esimerkiksi ultraviolettispektrillä on suora pääsy aineen sisäisiin elektronisiin siirtymiin, kun taas terahertsi on erittäin herkkä molekyylivärähtelyille.
Taiteellinen kuva keski-infrapunapulssin spektristä pulssin synnyttävän sähkökentän taustalla
Vuosien varrella kehitetyt monet teknologiat ovat mahdollistaneet hyperspektroskopian ja kuvantamisen, joiden avulla tiedemiehet ovat voineet havaita ilmiöitä, kuten molekyylien käyttäytymistä niiden laskostuessa, pyöriessä tai värähtelyssä, ymmärtääkseen syöpämarkkereita, kasvihuonekaasuja, epäpuhtauksia ja jopa haitallisia aineita. Nämä ultraherkät teknologiat ovat osoittautuneet hyödyllisiksi esimerkiksi elintarvikkeiden havaitsemisessa, biokemiallisessa aistimisessa ja jopa kulttuuriperinnön alalla, ja niitä voidaan käyttää antiikkiesineiden, maalausten tai veistosmateriaalien rakenteen tutkimiseen.
Pitkäaikainen haaste on ollut kompaktien valonlähteiden puute, jotka kykenisivät kattamaan niin laajan spektrialueen ja riittävän kirkkauden. Synkrotronit voivat tarjota spektrisen kattavuuden, mutta niiltä puuttuu lasereiden ajallinen koherenssi, ja tällaisia valonlähteitä voidaan käyttää vain laajamittaisissa käyttäjälaitoksissa.
Nature Photonics -lehdessä julkaistussa äskettäisessä tutkimuksessa kansainvälinen tutkijaryhmä muun muassa Espanjan fotoniikan instituutista, Max Planck -instituutista optisten tieteiden alalla, Kubanin valtionyliopistosta ja Max Born -instituutista epälineaarisen optiikan ja ultrafast Spectroscopyn alalla raportoi kompaktista, kirkkaasta keski-infrapuna-ajurilähteestä. Se yhdistää täytettävän antiresonanssirengasmaisen fotonisen kidekuidun uudenlaiseen epälineaariseen kiteeseen. Laite tuottaa koherentin spektrin 340 nm:stä 40 000 nm:iin, ja sen spektrin kirkkaus on kahdesta viiteen kertaluokkaa suurempi kuin kirkkaimmilla synkrotronilaitteilla.
Tulevissa tutkimuksissa käytetään valonlähteen lyhytjaksoista pulssin kestoa aineiden ja materiaalien aikatasoanalyysiin, mikä avaa uusia mahdollisuuksia multimodaalisille mittausmenetelmille esimerkiksi molekyylispektroskopiassa, fysikaalisessa kemiassa tai kiinteän olomuodon fysiikassa, tutkijat sanoivat.
Julkaisun aika: 16.10.2023