Ultrakorta pulser spelar en betydande roll i spektroskopiska tillämpningar. Deras breda spektrala bandbredd möjliggör samtidig karakterisering av provet vid olika frekvenser, vilket eliminerar behovet av upprepade mätningar eller laserjustering. Dessutom tillåter deras extrema tidsmässiga inneslutning temporal isolering av provets svar från huvudexcitationspulsen.
Detta svar, som innehåller omfattande spektroskopisk information, varar från tiotals femtosekunder till nanosekunder (10 −15 till 10 −9 sekunder) och avkänns vanligtvis av en kortare puls vid olika tidsfördröjningar. När den kombineras med andra tekniker, såsom flerdimensionell koherent spektroskopi eller hyperspektral avbildning, underlättar ultrasnabb spektroskopi identifieringen av okända beståndsdelar.
Ambitionen med realtidsmätningar möter dock hinder, främst på grund av den omfattande datainspelning som krävs över det höga bandbreddsspektrumet för varje pixel, vilket introducerar avsevärda förseningar i datafångst, förlänger bearbetningstiden och ökar datavolymen.
Forskare har utvecklat en teknik för att påskynda spektroskopisk analys. Kilian Scheffter, en doktorand som arbetar med Hanieh Fattahi, chef för gruppen "Femtosecond Fieldoscopy" vid MPL, förklarar:"Molekylernas svar på ultrakorta excitationspulser är vanligtvis sparsamt i många prover, vilket innebär att svaret endast sker vid specifika frekvenser. kända som molekylära fingeravtryck."
"Genom att strategiskt randomisera mätpunkterna i tid kan ett etablerat tillvägagångssätt som kallas komprimerad avkänning effektivt rekonstruera signalen genom att använda färre datapunkter än gränsen som dikteras av Nyquist-kriteriet. Den största utmaningen har dock varit att ändra den tidsmässiga överlappningen av sonden pulser och femtosekundsexcitationen pulserar slumpmässigt."
"Vi samarbetar med våra partners i Tyskland och Frankrike och har framgångsrikt använt akustiska vågor för att modulera denna tidsmässiga överlappning slumpmässigt. Denna innovation utökar tillämpningen av komprimerad avkänning till spektroskopisk mätning i realtid."
"Accelererande tidsdomänspektroskopi erbjuder flera fördelar, till exempel för att förenkla etikettfri avbildning av ömtåliga prover, miljöövervakning i realtid och utomhusdiagnostik av giftiga och farliga gaser, och molekylär endoskopi", säger Dr. Hanieh Fattahi.
Verket publiceras i tidskriften Ultrafast Science .
Mer information: Hanieh Fattahi et al, Compressed Sensing of Field-resolved Molecular Fingerprint Beyond the Nyquist Frequency, Ultrafast Science (2024). DOI:10.34133/ultrafastscience.0062
Tillhandahålls av Max Planck Society
