Spektroskopi är studiet av samspelet mellan ljus och materia, erbjuder många viktiga tillämpningar inom områden som sträcker sig från materialvetenskap till astronomi. Ett gemensamt mål för spektroskopi är förbättrad spektroskopisk upplösning för att ge mer detaljerad information om dynamiska processer. Flerkanaliga spektrometrar används ofta i spektroskopi eftersom de är kompakta, stark, och fånga höghastighetsbilder. Dock, upplösningen för flerkanaliga spektrometrar är begränsad. Förbättringen av denna upplösning begränsas för närvarande av oförmågan att göra ingångsslitsbredden mindre än pixelstorleken; känd som "pixel Nyquist -gränsen".

Forskare vid Osaka University utvecklade nyligen ett sätt att öka upplösningen för flerkanaliga spektrometrar bortom pixeln Nyquist -gränsen med hjälp av Moiré -mönster. Ett Moiré -mönster är ett interferensmönster som skapas mellan två liknande överlappande mönster med lite olika tonhöjd, förflyttning, eller rotation.

"Vi använde Moiré -effekten för att förbättra spektralupplösningen i en flerkanalig spektrometer, "säger Tsuyoshi Konishi, huvudförfattare till den nyligen publicerade rapporten om studien. "Detta tillät oss att uppnå upplösning bortom pixeln Nyquist -gränsen i en flerkanalig spektrometer för första gången."

Teamet skapade Moiré -effekten i en kommersiell flerkanalig spektrometer med hjälp av ett par spaltarrayer med perioder på 100 och 180 μm placerade vid ingången och utgången av spektrometern. Överlappningen av mönstren från paret med slitsar skapade en Moiré -frans. Spektrometerns bildsensor hade en pixel Nyquist -gräns på 50 nm, så upplösningen behövde vara mindre än detta värde. Moiré -kanten som genererades av den modifierade spektrometern kunde lösa en våglängdsförändring på bara 0,31 nm, övervinna pixeln Nyquist -gränsen. Detta betyder att spektrometerns spektralupplösning förbättrades med en faktor mer än tio från den ursprungliga upplösningen på 4,63 nm.

Tillvägagångssättet testades med användning av både en enkelvågljuskälla och en polykromatisk ljuskälla bestående av två laserstrålar med olika våglängd. I båda fallen, den genererade Moiré -kanten gav upplösning bortom pixeln Nyquist -gränsen. Viktigt, det utvecklade tillvägagångssättet är enkelt och kan anpassas för att passa olika situationer.

"Att övervinna pixeln Nyquist-gränsen för en flerkanalig spektrometer med hjälp av Moiré-utkant som genereras av ett par korrekt placerade slitsarrayer bör underlätta superupplösning av dynamiska processer, "Konishi förklarar." Vi ser för oss att flerkanaliga spektrometrar med variabel spektralupplösning kommer att utvecklas baserat på detta koncept. "

Denna forskning representerar ett viktigt steg mot målet om realtidshögupplöst övervakning av dynamiska händelser inom områden som sträcker sig från biologi till astronomi.