Femtoseconde-laserpulsen hebben unieke eigenschappen die ze zeer geschikt maken voor chirale herkenning. Deze pulsen zijn extreem kort, doorgaans in de orde van 10-15 femtoseconden (10-15 biljardsten van een seconde), en ze hebben zeer hoge piekvermogens. Door deze combinatie van eigenschappen kunnen femtoseconde-lasers niet-lineaire optische processen in materialen induceren, zoals tweede harmonische generatie (SHG). SHG is een proces waarbij twee fotonen met dezelfde frequentie worden omgezet in een enkel foton met tweemaal de frequentie. De efficiëntie van SHG is zeer gevoelig voor de moleculaire structuur van het materiaal en kan worden gebruikt om onderscheid te maken tussen chirale moleculen en hun spiegelbeelden.

Wanneer een femtoseconde laserpuls invalt op een chiraal molecuul, interageert het laserlicht met de elektronen in het molecuul en induceert een niet-lineaire optische respons. Deze reactie is verschillend voor het chirale molecuul en zijn spiegelbeeld, omdat de elektronen in de twee moleculen op een andere manier zijn gerangschikt. Als gevolg hiervan zal de SHG-efficiëntie voor het chirale molecuul en zijn spiegelbeeld anders zijn. Dit verschil kan worden gebruikt om onderscheid te maken tussen de twee moleculen.

Femtoseconde lasergebaseerde chirale herkenning heeft een aantal voordelen ten opzichte van traditionele methoden voor chirale herkenning. Deze voordelen omvatten:

* Hoge gevoeligheid: Femtoseconde lasergebaseerde chirale herkenning is extreem gevoelig en kan worden gebruikt om zeer kleine hoeveelheden chirale moleculen te detecteren.

* Specificiteit: Femtoseconde lasergebaseerde chirale herkenning is zeer specifiek en kan worden gebruikt om onderscheid te maken tussen zeer vergelijkbare chirale moleculen.

* Snelheid: Femtoseconde lasergebaseerde chirale herkenning is erg snel en kan worden gebruikt om monsters in realtime te analyseren.

* Niet-destructief: Femtoseconde lasergebaseerde chirale herkenning is niet-destructief en beschadigt de monsters die worden geanalyseerd niet.

Femtoseconde lasergebaseerde chirale herkenning is een krachtig hulpmiddel voor de analyse van chirale moleculen. Het heeft een aantal voordelen ten opzichte van traditionele methoden voor chirale herkenning, en er wordt verwacht dat het een steeds belangrijkere rol zal spelen op het gebied van de scheikunde, biologie en geneeskunde.

Hier is een meer gedetailleerde uitleg van hoe femtoseconde lasergebaseerde chirale herkenning werkt.

Wanneer een femtoseconde laserpuls op een molecuul valt, interageert het laserlicht met de elektronen in het molecuul en induceert een niet-lineaire optische respons. Deze reactie is verschillend voor verschillende soorten moleculen en kan worden gebruikt om onderscheid te maken tussen chirale moleculen en hun spiegelbeelden.

De SHG-efficiëntie voor een chiraal molecuul wordt gegeven door de volgende vergelijking:

$$\eta_{SHG} \propto |\chi^{(2)}|^2$$

waarbij \(\chi^{(2)}\) de niet-lineaire optische gevoeligheid van de tweede orde is. De niet-lineaire optische gevoeligheid van de tweede orde is een tensor die de niet-lineaire optische respons van een materiaal beschrijft. Het is een tensor van de derde rang, wat betekent dat het drie indices heeft. De indices van de niet-lineaire optische gevoeligheid van de tweede orde komen overeen met de drie richtingen van het elektrische veld van het laserlicht.

Voor een chiraal molecuul is de niet-lineaire optische gevoeligheid van de tweede orde niet symmetrisch. Dit betekent dat de SHG-efficiëntie voor een chiraal molecuul verschillend zal zijn voor verschillende richtingen van het elektrische veld van het laserlicht. Daarentegen is de niet-lineaire optische gevoeligheid van de tweede orde voor een niet-chiraal molecuul symmetrisch, en zal de SHG-efficiëntie voor een niet-chiraal molecuul hetzelfde zijn voor alle richtingen van het elektrische veld van het laserlicht.

Dit verschil in SHG-efficiëntie tussen chirale moleculen en niet-chirale moleculen kan worden gebruikt om onderscheid te maken tussen de twee soorten moleculen. Door de SHG-efficiëntie voor een monster moleculen te meten, is het mogelijk om te bepalen of de moleculen chiraal of niet-chiraal zijn.

Femtoseconde lasergebaseerde chirale herkenning is een krachtig hulpmiddel voor de analyse van chirale moleculen. Het is een zeer gevoelige, specifieke, snelle en niet-destructieve techniek. Er wordt verwacht dat het een steeds belangrijkere rol zal spelen op het gebied van de chemie, biologie en geneeskunde.