Аналитические оптические методы жизненно важны для современного общества, поскольку они позволяют быстро и безопасно идентифицировать вещества в твердых телах, жидкостях или газах. Эти методы основаны на том, что свет по-разному взаимодействует с этими веществами в разных частях спектра. Например, ультрафиолетовый спектр имеет прямой доступ к электронным переходам внутри вещества, а терагерцовый очень чувствителен к молекулярным колебаниям.
Художественное изображение спектра импульса среднего инфракрасного диапазона на фоне электрического поля, генерирующего импульс.
Многие технологии, разработанные за прошедшие годы, позволили использовать гиперспектроскопию и визуализацию, что позволяет ученым наблюдать такие явления, как поведение молекул при их сворачивании, вращении или вибрации, чтобы понять маркеры рака, парниковые газы, загрязняющие вещества и даже вредные вещества. Эти сверхчувствительные технологии оказались полезными в таких областях, как обнаружение пищевых продуктов, биохимическое зондирование и даже культурное наследие, и могут использоваться для изучения структуры древностей, картин или скульптурных материалов.
Давней проблемой является отсутствие компактных источников света, способных покрывать такой большой спектральный диапазон и достаточную яркость. Синхротроны могут обеспечить спектральный охват, но им не хватает временной когерентности, как у лазеров, и такие источники света можно использовать только в крупномасштабных пользовательских объектах.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature Photonics, международная группа исследователей из Испанского института фотонных наук, Института оптических наук Макса Планка, Кубанского государственного университета и Института нелинейной оптики и сверхбыстрой спектроскопии Макса Борна, среди других, сообщает компактный, яркий источник среднего инфракрасного диапазона. Он сочетает в себе надувное антирезонансное кольцевое фотонно-кристаллическое волокно с новым нелинейным кристаллом. 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.
По словам исследователей, в будущих исследованиях малопериодная длительность импульса источника света будет использоваться для анализа веществ и материалов во временной области, что откроет новые возможности для мультимодальных методов измерения в таких областях, как молекулярная спектроскопия, физическая химия или физика твердого тела.
Время публикации: 16 октября 2023 г.