Аналитические оптические методы имеют жизненно важное значение для современного общества, поскольку позволяют быстро и безопасно идентифицировать вещества в твердом, жидком или газообразном состоянии. Эти методы основаны на различном взаимодействии света с веществами в разных частях спектра. Например, ультрафиолетовый спектр обеспечивает прямой доступ к электронным переходам внутри вещества, в то время как терагерцовый диапазон очень чувствителен к молекулярным колебаниям.
Художественное изображение спектра среднеинфракрасного импульса на фоне электрического поля, генерирующего импульс.
Многие технологии, разработанные за эти годы, позволили создать гиперспектроскопию и системы визуализации, благодаря чему ученые могут наблюдать такие явления, как поведение молекул при их сворачивании, вращении или вибрации, чтобы понять роль канцерогенных маркеров, парниковых газов, загрязняющих веществ и даже вредных соединений. Эти сверхчувствительные технологии оказались полезными в таких областях, как обнаружение пищевых продуктов, биохимический анализ и даже изучение культурного наследия, и могут быть использованы для исследования структуры древностей, картин или скульптурных материалов.
Давней проблемой является отсутствие компактных источников света, способных охватывать такой широкий спектральный диапазон и обладать достаточной яркостью. Синхротроны могут обеспечить спектральное покрытие, но им не хватает временной когерентности лазеров, и такие источники света могут использоваться только в крупных экспериментальных установках.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature Photonics, международная группа исследователей из Испанского института фотонных наук, Института оптических наук им. Макса Планка, Кубанского государственного университета и Института нелинейной оптики и сверхбыстрой спектроскопии им. Макса Борна, среди прочих, сообщила о компактном источнике излучения среднего инфракрасного диапазона с высокой яркостью. Он сочетает в себе надувное антирезонансное кольцевое фотонное кристаллическое волокно с новым нелинейным кристаллом. Устройство обеспечивает когерентный спектр от 340 нм до 40 000 нм с яркостью в два-пять порядков выше, чем у одного из самых ярких синхротронных устройств.
В будущих исследованиях будет использоваться малая длительность импульса источника света для проведения анализа веществ и материалов во временной области, что откроет новые возможности для многомодальных методов измерения в таких областях, как молекулярная спектроскопия, физическая химия или физика твердого тела, заявили исследователи.
Дата публикации: 16 октября 2023 г.