Een goedkope, compacte techniek voor het analyseren van monsters op infrarode golflengten met behulp van componenten met zichtbare golflengte kan een revolutie teweegbrengen in medische en materiële testen.

Infraroodspectroscopie wordt gebruikt voor materiaalanalyse, in forensisch onderzoek en bij de identificatie van historische artefacten, bijvoorbeeld, -maar scanners zijn omvangrijk en duur. Zichtbare golflengtetechnologie is goedkoop en toegankelijk in items zoals smartphonecamera's en laserpointers.

Dit bracht Leonid Krivitsky en collega's van het A*STAR Data Storage Institute ertoe een methode te ontwikkelen waarbij een laserstraal werd omgezet in twee gekoppelde bundels met lagere energie:de link tussen de twee bundels maakte het mogelijk om experimenten met één bundel op infrarode golflengten te detecteren in de tweede straal, bij zichtbare golflengten.

"Het is een heel eenvoudige opzet, maakt gebruik van eenvoudige componenten, en is zeer compact, en we hebben een resolutie bereikt die vergelijkbaar is met conventionele infraroodsystemen, ' zei Krivitsky.

Het team voerde laserlicht in een lithiumniobaatkristal dat een deel van de laserfotonen splitste in twee kwantumgekoppelde fotonen met lagere energieën, een in het infrarood, en één in de zichtbare delen van het spectrum, via een niet-lineair proces dat bekend staat als parametrische neerwaartse conversie.

In een opstelling vergelijkbaar met een Michelson-interferometer, de drie stralen werden gescheiden en naar spiegels gestuurd die ze terugkaatsten in het kristal.

Toen de oorspronkelijke laserstraal het kristal weer binnenging, het creëerde een nieuw paar naar beneden geconverteerde stralen die interfereerden met het licht dat in de eerste doorgang werd gecreëerd.

Het was deze interferentie die het team uitbuitte:een monster dat in de infraroodstraal werd geplaatst, beïnvloedde de interferentie tussen first-pass en second-pass-stralen, die konden worden gedetecteerd in zowel de infrarode als de zichtbare stralen, omdat ze kwantumgebonden zijn.

Met de methode kunnen niet alleen veranderingen in de infraroodstraal worden geanalyseerd via de zichtbare straal, het geeft meer informatie dan conventionele spectroscopie. "Omdat dit een interferometrisch schema is, u kunt onafhankelijk de absorptie- en brekingsindex meten, die je met conventionele infraroodspectroscopie niet kunt meten, ' zei Krivitsky.

Het team kon meer informatie over het monster verkrijgen door systematisch zijn positie in de straal te veranderen. Met deze metingen konden ze een driedimensionaal beeld construeren met behulp van een techniek die bekend staat als optische coherentietomografie.

"Het is een heel krachtig concept. Het is een mooie combinatie van spectroscopie, beeldvorming en het vermogen om de golflengte op grote schaal af te stemmen, ’ zei Krivitsky.

Het team analyseerde monsters op vier golflengten tussen 1,5 micron en 3 micron, golflengten waarvoor voorheen geavanceerde lasers en detectoren nodig waren.

Het bereik van de techniek kan worden uitgebreid tot het nabije en verre infrarood door een oordeelkundige keuze van componenten.

"Voor zover wij weten is er geen commercieel verkrijgbaar optisch coherentietomografiesysteem dat groter is dan 1,5 micron, ' zei Krivitsky.