Analytische optische Methoden sind für die moderne Gesellschaft unverzichtbar, da sie eine schnelle und sichere Identifizierung von Substanzen in Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen ermöglichen. Diese Methoden basieren auf der unterschiedlichen Wechselwirkung von Licht mit den Substanzen in verschiedenen Bereichen des Spektrums. So ermöglicht beispielsweise das Ultraviolettspektrum direkten Zugriff auf elektronische Übergänge innerhalb einer Substanz, während der Terahertz-Bereich sehr empfindlich auf Molekülschwingungen reagiert.
Eine künstlerische Darstellung des Pulsspektrums im mittleren Infrarotbereich vor dem Hintergrund des elektrischen Felds, das den Puls erzeugt
Viele im Laufe der Jahre entwickelte Technologien ermöglichen Hyperspektroskopie und Bildgebung. Wissenschaftler können so Phänomene wie das Verhalten von Molekülen beim Falten, Drehen oder Vibrieren 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 des kulturellen Erbes als nützlich erwiesen und können zur Untersuchung der Struktur von Antiquitäten, Gemälden oder Skulpturen eingesetzt werden.
Eine langjährige Herausforderung besteht darin, dass es keine kompakten Lichtquellen gibt, die einen so großen Spektralbereich mit ausreichender Helligkeit abdecken können. Synchrotrons können zwar eine spektrale Abdeckung bieten, verfügen aber nicht über 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 Ultrakurzzeitspektroskopie über eine kompakte, hochhelle Treiberquelle im mittleren Infrarotbereich. Sie kombiniert eine aufblasbare antiresonante Ringphotonenkristallfaser mit einem neuartigen nichtlinearen Kristall. Das Gerät liefert ein kohärentes Spektrum von 340 nm bis 40.000 nm mit einer um zwei bis fünf Größenordnungen höheren spektralen Helligkeit als eines der hellsten Synchrotrongeräte.
In zukünftigen Studien werde man die kurze Pulsdauer der Lichtquelle nutzen, um Zeitbereichsanalysen von Substanzen und Materialien durchzuführen, was neue Wege für multimodale Messmethoden in Bereichen wie der Molekülspektroskopie, der physikalischen Chemie oder der Festkörperphysik eröffne, sagten die Forscher.
Veröffentlichungszeit: 16. Oktober 2023