Оптические аналитические методы жизненно важны для современного общества, поскольку они позволяют быстро и безопасно идентифицировать вещества в твердых телах, жидкостях и газах. Эти методы основаны на различном взаимодействии света с этими веществами в разных частях спектра. Например, ультрафиолетовый спектр обеспечивает прямой доступ к электронным переходам внутри вещества, а терагерцовый спектр очень чувствителен к молекулярным колебаниям.
Художественное изображение спектра импульса среднего инфракрасного диапазона на фоне электрического поля, генерирующего импульс.
Многие технологии, разработанные за эти годы, сделали возможными гиперспектроскопию и визуализацию, позволяя учёным наблюдать такие явления, как поведение молекул при их сворачивании, вращении или вибрации, для изучения онкологических маркеров, парниковых газов, загрязняющих веществ и даже вредных веществ. Эти сверхчувствительные технологии доказали свою эффективность в таких областях, как обнаружение пищевых продуктов, биохимическое зондирование и даже изучение культурного наследия, и могут быть использованы для изучения структуры предметов старины, картин или скульптурных материалов.
Давней проблемой было отсутствие компактных источников света, способных охватить столь широкий спектральный диапазон и обеспечить достаточную яркость. Синхротроны могут обеспечить спектральный охват, но им не хватает временной когерентности лазеров, и такие источники света могут использоваться только в крупных пользовательских установках.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature Photonics, международная группа исследователей из Испанского института фотонных наук, Института оптических наук Общества Макса Планка, Кубанского государственного университета и Института нелинейной оптики и сверхбыстрой спектроскопии Общества Макса Борна, среди прочих, сообщает о компактном и высокоярком источнике излучения в среднем инфракрасном диапазоне. Он сочетает в себе надувное антирезонансное кольцевое фотонно-кристаллическое волокно и новый нелинейный кристалл. Устройство обеспечивает когерентный спектр от 340 до 40 000 нм со спектральной яркостью на два-пять порядков выше, чем у одного из самых ярких синхротронных устройств.
Исследователи заявили, что в будущих исследованиях длительность короткопериодного импульса источника света будет использоваться для проведения анализа веществ и материалов во временной области, что откроет новые возможности для методов мультимодальных измерений в таких областях, как молекулярная спектроскопия, физическая химия или физика твердого тела.
Время публикации: 16 октября 2023 г.