پیشرفت در طیف سنجی فرابنفش

طیف‌سنجی فرابنفش نقش مهمی در مطالعه انتقال‌های الکترونیکی در اتم‌ها و انتقال‌های روویبرونیک در مولکول‌ها دارد. این مطالعات برای آزمایش‌های فیزیک بنیادی، نظریه الکترودینامیک کوانتومی، تعیین ثابت‌های بنیادی، اندازه‌گیری‌های دقیق، ساعت‌های نوری، طیف‌سنجی با وضوح بالا در حمایت از شیمی جو و اخترفیزیک، و فیزیک میدان قوی ضروری(فیزیک بنیادی) هستند. دانشمندان گروه Nathalie Picqué در موسسه اپتیک کوانتومی مکس پلنک اکنون با اجرای موفقیت آمیز طیف سنجی دو شانه ای، جذب خطی با وضوح بالا در محدوده طیفی فرابنفش را جهشی قابل توجه در زمینه طیف سنجی فرابنفش انجام داده اند. این دستاورد پیشگامانه، فرصت های جدیدی را برای انجام آزمایش ها در شرایط کم نور باز می کند و راه را برای کاربردهای جدید در زمینه های مختلف علمی و فناوری هموار می کند.

طیف‌سنجی دو شانه(Dual-comb spectroscopy)، یک تکنیک قدرتمند برای طیف‌سنجی دقیق در پهنای باند طیفی وسیع، عمدتاً برای جذب خطی مادون قرمز مولکول‌های کوچک در فاز گاز استفاده شده است. این بر اساس اندازه گیری تداخل وابسته به زمان بین دو شانه فرکانس با فرکانس های تکرار کمی متفاوت است. شانه فرکانس طیفی از خطوط لیزری با فاصله یکنواخت و منسجم است که مانند یک خط کش برای اندازه گیری فرکانس نور با دقت بسیار زیاد عمل می کند. تکنیک دو شانه از محدودیت های هندسی مرتبط با طیف سنج های سنتی رنج نمی برد و پتانسیل بالایی برای دقت و دقت بالا ارائه می دهد.

طیف سنجی دو شانه اکنون برای نور کم در دسترس است

با این حال، طیف‌سنجی دو شانه معمولاً به پرتوهای لیزر شدید نیاز دارد، که آن را برای سناریوهایی که سطوح نور کم حیاتی هستند، نا مناسب می‌کند. تیم MPQ اکنون به طور تجربی نشان داده است که طیف‌سنجی دو شانه را می‌توان به طور موثر در شرایط کم نور، در سطوح توانی بیش از یک میلیون برابر ضعیف‌تر از آنچه که معمولاً استفاده می‌شود، به کار برد. این پیشرفت با استفاده از دو تنظیم آزمایشی مجزا با انواع مختلف ژنراتورهای فرکانس شانه به دست آمد. این تیم یک تداخل سنج در سطح فوتون ایجاد کردند که آمار شمارش فوتون را به دقت ثبت می کند و نسبت سیگنال به نویز را در حد اساسی نشان می دهد. این دستاورد استفاده بهینه از نور موجود برای آزمایش‌ها را برجسته می‌کند و چشم‌انداز طیف‌سنجی دو شانه را در سناریوهای چالش برانگیز که سطوح نور کم ضروری هستند، باز می‌کند.

محققان MPQ به چالش‌های مرتبط با تولید شانه‌های فرکانس ماوراء بنفش و ساخت تداخل‌سنج‌های دو شانه با انسجام زمان‌های طولانی پرداختند و راه را برای پیشرفت در این هدف هموار کردند. آنها به خوبی انسجام متقابل دو لیزر شانه ای را با یک فمتو وات(femtowatt) در هر خط شانه کنترل کردند، که نشان دهنده جمع آوری بهینه آمار شمارش سیگنال تداخل آنها در زمان های بیش از یک ساعت بود. Bingxin Xu، دانشمند فوق دکترا که رهبری می کند، می گوید: “رویکرد نوآورانه ما برای تداخل سنجی در نور کم، بر چالش های ناشی از راندمان پایین تبدیل فرکانس غیرخطی غلبه می کند و پایه ای محکم برای گسترش طیف سنجی دو شانه ای به طول موج های کوتاه تر می گذارد.” آزمایش ها

در واقع، یک کاربرد هیجان‌انگیز در آینده، توسعه طیف‌سنجی دو شانه‌ای در طول موج‌های کوتاه است تا طیف‌سنجی مولکولی خلاء و فرابنفش شدید در گستره‌های طیفی وسیع را فعال کند. در حال حاضر، طیف‌سنجی فرابنفش باند پهن با وضوح و دقت محدود است و بر ابزار دقیق منحصربه‌فرد در امکانات تخصصی متکی است. “طیف‌سنجی دو شانه فرابنفش، در حالی که یک هدف چالش برانگیز است، اکنون در نتیجه تحقیقات ما به یک هدف واقعی تبدیل شده است. نکته مهم این است که نتایج ما قابلیت‌های کامل طیف‌سنجی دو شانه را به شرایط کم نور گسترش می‌دهد و کاربردهای جدید را در طیف‌سنجی دقیق باز می‌کند. ناتالی پیکو در پایان می‌گوید، حس زیست‌پزشکی و صدای اتمسفر محیطی.