Analytische optische methoden zijn essentieel voor de moderne samenleving omdat ze de snelle en veilige identificatie van stoffen in vaste stoffen, vloeistoffen of gassen mogelijk maken. Deze methoden zijn afhankelijk van de verschillende interacties van licht met deze stoffen in verschillende delen van het spectrum. Zo heeft het ultraviolette spectrum direct toegang tot elektronische overgangen binnen een stof, terwijl terahertz zeer gevoelig is voor moleculaire trillingen.
Een artistiek beeld van het mid-infrarood pulsspectrum op 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 verschijnselen zoals het gedrag van moleculen observeren terwijl ze vouwen, draaien of trillen, om zo kankermarkers, broeikasgassen, vervuilende stoffen en zelfs schadelijke stoffen te begrijpen. Deze ultragevoelige technologieën zijn nuttig gebleken in gebieden zoals voedseldetectie, biochemische detectie en zelfs cultureel erfgoed, en kunnen worden gebruikt om de structuur van antiquiteiten, schilderijen of beeldhouwwerken te bestuderen.
Een al lang bestaande uitdaging is het gebrek aan compacte lichtbronnen die een dergelijk groot spectraal bereik en voldoende helderheid kunnen bestrijken. Synchrotrons kunnen spectrale dekking bieden, maar missen de tijdsgebonden coherentie van lasers, en dergelijke lichtbronnen kunnen alleen worden gebruikt in grootschalige gebruikersfaciliteiten.
In een recent onderzoek, gepubliceerd in Nature Photonics, rapporteert een internationaal team van onderzoekers van onder andere het Spaanse Instituut voor Fotonische Wetenschappen, het Max Planck Instituut voor Optische Wetenschappen, de Staatsuniversiteit van Koeban en het Max Born Instituut voor Niet-lineaire Optica en Ultrasnelle Spectroscopie een compacte, zeer heldere mid-infrarood driverbron. Deze combineert een opblaasbare antiresonante 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 gebruikmaken van de pulsduur met een korte periode van de lichtbron om tijdsdomeinanalyses uit te voeren van stoffen en materialen. Dit opent nieuwe mogelijkheden voor multimodale meetmethoden op het gebied van bijvoorbeeld moleculaire spectroscopie, fysische chemie of vastestoffysica, aldus de onderzoekers.
Plaatsingstijd: 16-10-2023