Forskere viser, at kvante-infrarød spektroskopi kan opnå ultrabredbåndsspektroskopiske målinger

Vores forståelse af verden afhænger i høj grad af vores viden om dens bestanddele og deres interaktioner. Nylige fremskridt inden for materialevidenskabelige teknologier har øget vores evne til at identificere kemiske stoffer og udvidet mulige anvendelser.

En sådan teknologi er infrarød spektroskopi, der bruges til molekylær identifikation på forskellige områder, såsom inden for medicin, miljøovervågning og industriel produktion. Men selv det bedste eksisterende værktøj - Fourier transform infrarødt spektrometer (FTIR) - bruger et varmeelement som sin lyskilde. Den resulterende detektorstøj i det infrarøde område begrænser enhedernes følsomhed, mens fysiske egenskaber hindrer miniaturisering.

Nu har et forskerhold ledet af Kyoto University løst dette problem ved at inkorporere en kvantelyskilde. Deres innovative ultra-bredbånd, kvante-sammenfiltrede kilde genererer et relativt bredere udvalg af infrarøde fotoner med bølgelængder mellem 2 μm og 5 μm. Forskningen er publiceret i tidsskriftet Optica .

"Denne præstation sætter scenen for en dramatisk nedskæring af systemet og opgradering af infrarødt spektrometerfølsomhed," siger Shigeki Takeuchi fra Institut for Elektronisk Videnskab og Teknik.

En anden elefant i rummet med FTIR'er er byrden ved at transportere mammut-størrelse, strømkrævende udstyr til forskellige steder for at teste materialer på stedet. Takeuchi ser på en fremtid, hvor hans teams kompakte, højtydende, batteridrevne scannere vil føre til brugervenlige applikationer inden for forskellige områder såsom miljøovervågning, medicin og sikkerhed.

"Vi kan opnå spektre for forskellige målprøver, herunder hårde faste stoffer, plastik og organiske opløsninger. Shimadzu Corporation - vores partner, der udviklede kvantelysenheden - har erklæret sig enig i, at bredbåndsmålingsspektrene var meget overbevisende til at skelne stoffer for en lang række af prøver," tilføjer Takeuchi.

Selvom kvantesammenfiltret lys ikke er nyt, har båndbredden hidtil været begrænset til et snævert område på 1 μm eller mindre i det infrarøde område. Denne nye teknik bruger i mellemtiden kvantemekanikkens unikke egenskaber – såsom superposition og sammenfiltring – til at overvinde begrænsningerne ved konventionelle teknikker.

Holdets uafhængigt udviklede chirped quasi-phase-matching-enhed genererer kvante-sammenfiltret lys ved at udnytte chirping – gradvist ændre et elements polarisationsomvendingsperiode – for at generere kvantefotonpar over en bred båndbredde.

"Forbedring af følsomheden af ​​kvante-infrarød spektroskopi og udvikling af kvantebilleddannelse i det infrarøde område er en del af vores søgen efter at udvikle virkelige kvanteteknologier," siger Takeuchi.

Flere oplysninger: Toshiyuki Tashima et al., ultrabredbånd kvante-infrarød spektroskopi, Optica (2023). DOI:10.1364/OPTICA.504450

Journaloplysninger: Optica

Leveret af Kyoto University