Spektroskopi har rötter i början av 1800 -talets nyfikenhet på interaktioner mellan materia och elektromagnetisk strålning. Tack vare framsteg inom elektronik och materialvetenskap, olika spektroskopi tekniker används nu rutinmässigt för att studera sammansättningen av material och arten av deras kemiska bindningar genom att analysera hur de absorberar eller reflekterar elektromagnetiska vågor.

Olika material har olika absorptionsprofiler över ett brett frekvensområde. Några viktiga funktioner i vissa molekylära system, som vätebindningarna i vattenhaltiga system eller självmontering av proteiner, kan uppskattas i deras absorptionsprofiler endast vid frekvenser i storleksordningen terahertz (THz, 1000 miljarder Hertz), ett nära infrarött område. Forskare har aktivt utvecklat spektroskopitekniker som är kompatibla med så höga frekvenser, och en lovande kallas THz dubbelkammspektroskopi.

Även om denna metod erbjuder många fördelar jämfört med andra inom terahertz -serien, dess användning har varit begränsad på grund av mätsystemets höga komplexitet, som vanligtvis kräver två oberoende stabila lasrar som strålningskällor. Nu, forskare från Tokushima University, Japan, Beihang universitet, Kina, och Université du Littoral Côte d'Opale, Frankrike, har rapporterat ett nytt schema för THz dubbelkammspektroskopi som bara kräver en enda laserkälla samtidigt som den ger exceptionell upplösning.

För att förstå de viktigaste aspekterna av deras metod, det hjälper till att förstå grunderna i THz dubbelkammspektroskopi. Termen "dubbelkam" avser det faktum att laserpulser, när plottas mot frekvens, ser ut som en serie med lika åtskilda spikar (spektrallinjer) över ett brett frekvensområde i terahertzregionen, och därmed en "kam". Vid dubbelkammspektroskopi, två lasrar med något olika "kammar" används för att mäta absorptionsprofilen för ett prov. På grund av systemets natur, signalen som faktiskt mäts, som är resultatet av "blandning" av de två kammarna, har ett mycket lägre frekvensområde men återspeglar fortfarande all högfrekvent information av intresse. Användning av två lasrar, dock, kan leda till problem med stabiliseringskontroll.

För att lösa problemet med stabilisering, forskarna använde en enda laser för att producera de två kammarna. Dock, när båda kammarna produceras av samma laserkälla, en "jitter" eller tidsinstabilitet suddar ut den högfrekventa informationen som reflekteras i den slutliga lågfrekventa signalen som mäts. De korrigerade detta oönskade fenomen med hjälp av en teknik som kallas adaptiv provtagning , genom vilken signalen som ska inhämtas digitalt inte samplas vid lika tidsperioder utan vid specifika tider beräknas för att minimera eventuella drift eller fel i den relativa tidpunkten mellan kammarna.

För att demonstrera deras metod, forskarna utförde mätningar på en blandning av luft och föreningen acetonitril. Denna speciella gas uppvisar karakteristiska egenskaper vid bestrålning med terahertz -strålning och, viktigast, dessa funktioner varierar något med tryck. Eftersom dessa variationer är mycket små, tidigare dubbelkammspektroskopi-metoder med en enda laser kunde inte upptäcka dem på grund av deras begränsade upplösning. I kontrast, forskarna kunde använda det schema som föreslogs i denna studie för att noggrant observera många av dessa funktioner. De rapporterar en anmärkningsvärt smal absorptionslinjebredd (25 MHz)-den första som uppnås med en dubbelkammad fiberlaser.

Forskarna arbetar redan med ytterligare en kompletterande teknik som kan driva upplösningen av THz dubbelkammspektroskopi med en enda laser ytterligare. Minskningen i systemets komplexitet till följd av deras användning av den adaptiva provtagningstekniken kan bredda tillämpningsområdena för exakt THz -spektroskopi, ge forskare ett kraftfullt men enkelt verktyg för att ytterligare utforska den materiella världen.