Brug af en krystal til at forbinde synligt lys med infrarød åbner et vindue om infrarød registrering

En billig, kompakt teknik til analyse af prøver ved infrarøde bølgelængder ved hjælp af komponenter med synlig bølgelængde kan revolutionere medicinsk og materiel test.

Infrarød spektroskopi bruges til materialeanalyse, i retsmedicin og i identifikation af historiske artefakter, for eksempel, - men scannere er omfangsrige og dyre. Synlig bølgelængde-teknologi er billig og tilgængelig i emner som smartphone-kameraer og laserpegere.

Dette fik Leonid Krivitsky og kolleger ved A*STAR Data Storage Institute til at udvikle en metode, hvor en laserstråle blev omdannet til to forbundne lavere energistråler:Forbindelsen mellem de to stråler gjorde det muligt at detektere eksperimenter med én stråle ved infrarøde bølgelængder i den anden stråle, ved synlige bølgelængder.

"Det er en meget enkel opsætning, bruger simple komponenter, og er meget kompakt, og vi har ramt en opløsning, der kan sammenlignes med konventionelle infrarøde systemer, "Sagde Krivitsky.

Teamet fodrede laserlys ind i en lithiumniobatkrystal, der delte nogle af laserfotoner i to kvantelinkede fotoner med lavere energier, en i det infrarøde, og en i de synlige dele af spektret, gennem en ikke-lineær proces kendt som parametrisk ned-konvertering.

I en opsætning, der ligner et Michelson-interferometer, de tre bjælker blev adskilt og blev sendt til spejle, der reflekterede dem tilbage i krystallen.

Da den originale laserstråle kom ind i krystallen igen, det skabte et nyt par nedkonverterede stråler, der forstyrrede lyset, der blev skabt i første pas.

Det var denne interferens, som holdet udnyttede:en prøve placeret i den infrarøde stråle påvirkede interferensen mellem first-pass og second-pass stråler, som kunne detekteres i både de infrarøde og synlige stråler, fordi de er kvanteforbundne.

Metoden tillader ikke alene ændringer i den infrarøde stråle at blive analyseret via den synlige stråle, den giver mere information end konventionel spektroskopi. "Fordi dette er et interferometrisk skema, du kan uafhængigt måle absorption og brydningsindeks, som du ikke kan måle i konventionel infrarød spektroskopi, "Sagde Krivitsky.

Holdet var i stand til at få mere information om prøven ved systematisk at ændre sin position i strålen. Med disse målinger var de i stand til at konstruere et tredimensionelt billede ved hjælp af en teknik kendt som optisk kohærens tomografi.

"Det er et meget kraftfuldt koncept. Det er en fin kombination af spektroskopi, billeddannelse og evnen til bredt at justere bølgelængden, "sagde Krivitsky.

Teamet analyserede prøver ved fire bølgelængder mellem 1,5 mikron og 3 mikron, bølgelængder, der tidligere krævede sofistikerede lasere og detektorer.

Teknikkens rækkevidde kan udvides til nær og fjern infrarød ved fornuftigt valg af komponenter.

"Så vidt vi ved, er der ikke noget kommercielt tilgængeligt optisk kohærens tomografisystem, der fungerer ud over 1,5 mikron, " sagde Krivitsky.