Analytische optische methoden zijn essentieel voor de moderne samenleving omdat ze een snelle en veilige identificatie van stoffen in vaste stoffen, vloeistoffen of gassen mogelijk maken. Deze methoden berusten op de verschillende manieren waarop licht in verschillende delen van het spectrum met deze stoffen interacteert. Zo biedt het ultraviolette spectrum directe toegang tot elektronische overgangen in een stof, terwijl terahertz zeer gevoelig is voor moleculaire trillingen.
Een artistieke afbeelding van het midden-infraroodpulsspectrum tegen de achtergrond van het elektrische veld dat de puls genereert.
Veel technologieën die in de loop der jaren zijn ontwikkeld, hebben hyperspectroscopie en beeldvorming mogelijk gemaakt. Hierdoor kunnen wetenschappers fenomenen observeren zoals het gedrag van moleculen wanneer ze zich vouwen, draaien of vibreren, om zo inzicht te krijgen in kankermarkers, broeikasgassen, verontreinigende stoffen en zelfs schadelijke substanties. Deze ultragevoelige technologieën zijn nuttig gebleken op gebieden zoals voedseldetectie, biochemische detectie en zelfs cultureel erfgoed, en kunnen worden gebruikt om de structuur van antiquiteiten, schilderijen of beeldhouwwerken te bestuderen.
Een langdurige uitdaging is het gebrek aan compacte lichtbronnen die een dergelijk groot spectraalbereik en voldoende helderheid kunnen bestrijken. Synchrotrons kunnen weliswaar een dergelijk spectraalbereik bieden, maar ze missen de temporele coherentie van lasers, en dergelijke lichtbronnen kunnen alleen in grootschalige gebruikersfaciliteiten worden gebruikt.
In een recent onderzoek, gepubliceerd in Nature Photonics, rapporteert een internationaal team van onderzoekers van onder meer het Spaanse Instituut voor Fotonische Wetenschappen, het Max Planck Instituut voor Optische Wetenschappen, de Kuban Staatsuniversiteit en het Max Born Instituut voor Niet-lineaire Optica en Ultrasnelle Spectroscopie over een compacte, zeer heldere mid-infrarood lichtbron. Deze combineert een opblaasbare anti-resonante ringvormige fotonische kristalvezel met een nieuw niet-lineair kristal. Het apparaat levert een coherent spectrum van 340 nm tot 40.000 nm met een spectrale helderheid die twee tot vijf ordes van grootte hoger is dan die van een van de helderste synchrotronapparaten.
Toekomstige studies zullen de korte pulsduur van de lichtbron gebruiken om tijddomeinanalyse van stoffen en materialen uit te voeren, waardoor nieuwe mogelijkheden ontstaan voor multimodale meetmethoden op gebieden zoals moleculaire spectroscopie, fysische chemie of vastestoffysica, aldus de onderzoekers.
Geplaatst op: 16 oktober 2023