Wetenschap
Een moleculaire vingerafdruk voorbij de Nyquist-frequentie
Ultrakorte pulsen spelen een belangrijke rol in spectroscopische toepassingen. Hun brede spectrale bandbreedte maakt gelijktijdige karakterisering van het monster op verschillende frequenties mogelijk, waardoor herhaalde metingen of laserafstemming overbodig zijn. Bovendien maakt hun extreme temporele beperking een tijdelijke isolatie van de respons van het monster van de hoofdexcitatiepuls mogelijk.
Deze reactie, die uitgebreide spectroscopische informatie bevat, duurt tientallen femtoseconden tot nanoseconden (10 −15 tot 10 −9 seconden) en wordt gewoonlijk gemeten met een kortere puls met verschillende tijdsvertragingen. Wanneer gecombineerd met andere technieken, zoals multidimensionale coherente spectroscopie of hyperspectrale beeldvorming, vergemakkelijkt ultrasnelle spectroscopie de identificatie van onbekende bestanddelen.
De ambitie van real-time metingen stuit echter op obstakels, voornamelijk als gevolg van de uitgebreide gegevensregistratie die voor elke pixel over het hoge bandbreedtespectrum nodig is, wat aanzienlijke vertragingen bij het vastleggen van gegevens met zich meebrengt, de verwerkingstijd verlengt en het gegevensvolume vergroot.
Onderzoekers hebben een techniek ontwikkeld om spectroscopische analyse te versnellen. Kilian Scheffter, een promovendus die samenwerkt met Hanieh Fattahi, hoofd van de groep 'Femtosecond Fieldoscopy' bij MPL, legt uit:'De reactie van moleculen op ultrakorte excitatiepulsen is in veel monsters doorgaans schaars, wat impliceert dat de reactie alleen bij specifieke frequenties plaatsvindt. bekend als moleculaire vingerafdrukken."
"Door de meetpunten strategisch in de tijd te randomiseren, kan een gevestigde aanpak, gecomprimeerde detectie genaamd, het signaal efficiënt reconstrueren door minder datapunten te gebruiken dan de limiet bepaald door het Nyquist-criterium. De belangrijkste uitdaging was echter om de temporele overlap van de sonde te veranderen pulsen en de femtoseconde-excitatiepulsen willekeurig."
"In samenwerking met onze partners in Duitsland en Frankrijk hebben we met succes akoestische golven ingezet om deze tijdelijke overlap willekeurig te moduleren. Deze innovatie breidt de toepassing van gecomprimeerde detectie uit naar realtime spectroscopische metingen."
"Het versnellen van tijdsdomeinspectroscopie biedt verschillende voordelen, bijvoorbeeld bij het vereenvoudigen van de labelvrije beeldvorming van fragiele specimens, real-time omgevingsmonitoring en openluchtdiagnostiek van giftige en gevaarlijke gassen, en moleculaire endoscopie", zegt Dr. Hanieh Fattahi.
Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Ultrafast Science .