En billig, kompakt teknik för att analysera prover vid infraröda våglängder med hjälp av komponenter med synlig våglängd kan revolutionera medicinsk och materiell testning.

Infraröd spektroskopi används för materialanalys, inom rättsmedicin och vid identifiering av historiska artefakter, till exempel, - men skannrar är skrymmande och dyra. Synlig våglängdsteknik är billig och tillgänglig i artiklar som smarttelefonkameror och laserpekare.

Detta fick Leonid Krivitsky och kollegor vid A*STAR Data Storage Institute att utveckla en metod där en laserstråle konverterades till två länkade lägre energistrålar:Länken mellan de två strålarna möjliggjorde att experiment med en stråle vid infraröda våglängder kunde detekteras i den andra strålen, vid synliga våglängder.

"Det är en mycket enkel inställning, använder enkla komponenter, och är mycket kompakt, och vi har en upplösning som är jämförbar med konventionella infraröda system, "Sa Krivitsky.

Teamet matade in laserljus i en litiumniobatkristall som delade några av laserfotonerna i två kvantlänkade fotoner med lägre energier, en i det infraröda, och en i de synliga delarna av spektrumet, genom en olinjär process som kallas parametrisk nedkonvertering.

I en installation som liknar en Michelson -interferometer, de tre strålarna separerades och skickades till speglar som reflekterade dem tillbaka in i kristallen.

När den ursprungliga laserstrålen kom in i kristallen igen, det skapade ett nytt par nedkonverterade strålar som störde ljuset som skapades i första passet.

Det var denna störning som teamet utnyttjade:ett prov som placerades i den infraröda strålen påverkade interferensen mellan första och andra pass strålar, som kunde detekteras i både de infraröda och synliga strålarna, eftersom de är kvantlänkade.

Metoden tillåter inte bara att förändringar i den infraröda strålen analyseras via den synliga strålen, den ger mer information än konventionell spektroskopi. "Eftersom detta är ett interferometriskt schema, du kan oberoende mäta absorption och brytningsindex, som du inte kan mäta vid konventionell infraröd spektroskopi, "Sa Krivitsky.

Teamet kunde få mer information om provet genom att systematiskt ändra sin position i strålen. Med dessa mätningar kunde de konstruera en tredimensionell bild med en teknik som kallas optisk koherens tomografi.

"Det är ett mycket kraftfullt koncept. Det är en trevlig kombination av spektroskopi, bildbehandling och förmågan att i stor utsträckning ställa in våglängden, sa Krivitsky.

Teamet analyserade prover vid fyra våglängder mellan 1,5 mikron och 3 mikron, våglängder som tidigare krävde sofistikerade lasrar och detektorer.

Räckvidden för tekniken kan utökas till nära och fjärranfraröd genom ett klokt val av komponenter.

"Så vitt vi vet finns det inget kommersiellt tillgängligt optiskt koherens-tomografisystem som fungerar längre än 1,5 mikron, "Sa Krivitsky.