Analytische optische Methoden sind für die moderne Gesellschaft von entscheidender Bedeutung, da sie die schnelle und sichere Identifizierung von Substanzen in Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen ermöglichen. Diese Methoden beruhen darauf, dass Licht in verschiedenen Teilen des Spektrums unterschiedlich mit diesen Substanzen interagiert. Beispielsweise hat das ultraviolette Spektrum direkten Zugang zu elektronischen Übergängen im Inneren einer Substanz, während Terahertz sehr empfindlich auf molekulare Schwingungen reagiert.
Ein künstlerisches Bild des mittleren Infrarot-Pulsspektrums im Hintergrund des elektrischen Feldes, das den Puls erzeugt
Viele im Laufe der Jahre entwickelte Technologien haben Hyperspektroskopie und Bildgebung ermöglicht und es Wissenschaftlern ermöglicht, Phänomene wie das Verhalten von Molekülen beim Falten, Drehen oder Vibrieren zu beobachten, um Krebsmarker, Treibhausgase, Schadstoffe und sogar schädliche Substanzen zu verstehen. Diese hochempfindlichen Technologien haben sich in Bereichen wie der Lebensmittelerkennung, der biochemischen Sensorik und sogar im Kulturerbe als nützlich erwiesen und können zur Untersuchung der Struktur von Antiquitäten, Gemälden oder skulpturalen Materialien eingesetzt werden.
Eine seit langem bestehende Herausforderung ist der Mangel an kompakten Lichtquellen, die einen so großen Spektralbereich und ausreichende Helligkeit abdecken können. Synchrotrons können eine spektrale Abdeckung bieten, ihnen fehlt jedoch die zeitliche Kohärenz von Lasern, und solche Lichtquellen können nur in großen Nutzeranlagen eingesetzt werden.
In einer kürzlich in Nature Photonics veröffentlichten Studie berichtet ein internationales Forscherteam unter anderem vom Spanischen Institut für Photonische Wissenschaften, dem Max-Planck-Institut für Optische Wissenschaften, der Kuban State University und dem Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Ultraschnelle Spektroskopie eine kompakte Treiberquelle für den mittleren Infrarotbereich mit hoher Helligkeit. Es kombiniert eine aufblasbare, antiresonante ringförmige photonische Kristallfaser mit einem neuartigen nichtlinearen Kristall. Das Gerät liefert ein kohärentes Spektrum von 340 nm bis 40.000 nm mit einer spektralen Helligkeit, die zwei bis fünf Größenordnungen höher ist als die eines der hellsten Synchrotrongeräte.
Zukünftige Studien werden die Pulsdauer der Lichtquelle mit geringer Periode nutzen, um eine Zeitbereichsanalyse von Substanzen und Materialien durchzuführen, was neue Möglichkeiten für multimodale Messmethoden in Bereichen wie der Molekülspektroskopie, der physikalischen Chemie oder der Festkörperphysik eröffnen wird, sagten die Forscher.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 16. Okt. 2023