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(noticias nanowerk) En una publicación reciente en Naturaleza (“Espectroscopia de doble peine con recuento de fotones ultravioleta cercano”), investigadores del Instituto Max Born (MBI) de Berlín y del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Garching informan sobre una nueva técnica para decodificar las propiedades de la materia con luz. que puede detectar y cuantificar con precisión muchas sustancias simultáneamente con una alta selectividad química. Su técnica examina átomos y moléculas en el rango espectral ultravioleta en niveles de luz muy débiles.
Utilizando dos peines de frecuencia óptica y un contador de fotones, los experimentos abren perspectivas interesantes para realizar espectroscopia de doble peine en condiciones de poca luz y allanan el camino para aplicaciones novedosas de diagnóstico a nivel de fotones, como la espectroscopia de precisión de átomos o moléculas individuales para pruebas fundamentales. en física y fotoquímica ultravioleta de la atmósfera terrestre o desde telescopios espaciales.
La espectroscopia ultravioleta juega un papel crucial en el estudio de las transiciones electrónicas en átomos y las transiciones rovibrónicas en moléculas. Estos estudios son esenciales para probar la física fundamental, la teoría de la electrodinámica cuántica, la determinación de constantes fundamentales, mediciones de precisión, relojes ópticos, espectroscopia de alta resolución en apoyo de la química y astrofísica atmosférica, y la física de campos fuertes.
Los científicos del grupo de Nathalie Picqué han dado un salto significativo en el campo de la espectroscopia ultravioleta al implementar con éxito la espectroscopia de doble peine de absorción lineal de alta resolución en el rango espectral ultravioleta. Este logro innovador abre nuevas posibilidades para realizar experimentos en condiciones de poca luz y allana el camino para aplicaciones novedosas en diversos campos científicos y tecnológicos.
La espectroscopia de doble peine, una poderosa técnica para la espectroscopia precisa en grandes anchos de banda espectrales, se utiliza principalmente para la absorción infrarroja lineal de moléculas pequeñas en la fase gaseosa. Se mide la interferencia en función del tiempo entre dos peines de frecuencia con frecuencias de repetición ligeramente diferentes. Un peine de frecuencia es un espectro de líneas láser coherentes en fase y espaciadas uniformemente que funciona como una regla para medir la frecuencia de la luz con extrema precisión. La técnica del doble peine no está sujeta a las limitaciones geométricas de los espectrómetros convencionales y ofrece un gran potencial para una alta precisión y exactitud.
Sin embargo, la espectroscopia de doble peine normalmente requiere rayos láser intensos, lo que la hace menos adecuada para escenarios donde los bajos niveles de luz son críticos. El equipo ha demostrado ahora experimentalmente que la espectroscopia de doble peine se puede utilizar eficazmente incluso en condiciones de poca luz, a niveles de potencia más de un millón de veces más débiles que los utilizados normalmente. Este avance se logró utilizando dos configuraciones experimentales diferentes con diferentes tipos de generadores de peine de frecuencia.
El equipo desarrolló un interferómetro a nivel de fotones (Fig. 1) que registra con precisión las estadísticas de conteo de fotones y muestra una relación señal-ruido en el límite basal. Este éxito destaca el uso óptimo de la luz disponible para experimentos y abre la perspectiva de la espectroscopia de doble peine en escenarios exigentes donde los niveles bajos de luz son esenciales.
Los investigadores abordaron los desafíos asociados con la generación de peines de frecuencia ultravioleta y la construcción de interferómetros de doble peine con tiempos de coherencia prolongados, allanando el camino para avanzar hacia este ansiado objetivo. Controlaron de manera excelente la coherencia mutua de dos láseres de peine con un femtovatio por línea de peine y mostraron una evolución óptima de las estadísticas de conteo de su señal perturbadora durante períodos de más de una hora.
«Nuestro enfoque innovador de la interferometría con poca luz supera los desafíos que surgen de la baja eficiencia de la conversión de frecuencia no lineal y sienta una base sólida para extender la espectroscopia de doble peine a longitudes de onda aún más cortas», comenta Bingxin Xu, investigador postdoctoral principal de los experimentos.
De hecho, el desarrollo de la espectroscopia de doble peine en longitudes de onda cortas es una aplicación futura convincente para permitir una espectroscopia molecular de vacío y ultravioleta extremo precisa en grandes rangos espectrales. Actualmente, la resolución y precisión de la espectroscopia UV extrema de banda ancha es limitada y depende de instrumentos únicos en instalaciones especializadas.
“Aunque la espectroscopía ultravioleta de doble peine es un objetivo desafiante, gracias a nuestra investigación ahora se ha convertido en un objetivo realista. Es importante destacar que nuestros resultados amplían todas las capacidades de la espectroscopia de doble peine a condiciones de poca luz y abren nuevas aplicaciones en espectroscopia de precisión, detección biomédica y sondeo ambiental atmosférico. Más personalmente, este hito es el resultado de un experimento realizado en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y completado cuando yo ya había asumido mi cargo de Director del Instituto Max Born. I “No puedo imaginar una transición más emocionante a un nuevo instituto. El MBI acogerá ahora nuestros próximos emocionantes experimentos en este campo”, concluye Nathalie Picqué. El desarrollo de la espectroscopia de doble peine en el rango de longitud de onda corta promete avances en varias áreas científicas y tecnológicas y resalta la importancia de este logro.
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