Исследователи из Университета Центральной Флориды разработали лазерную платформу, которая создаёт широкополосные ультрафиолетовые (УФ) частотные гребенки с уникальным количеством частотных линий — около миллиона, что обеспечивает исключительную спектральную разрешающую способность. Этот подход обещает существенно улучшить методы атомной и молекулярной спектроскопии высокой точности.
Что такое частотная гребенка?
Оптические частотные гребенки — это лазеры, которые излучают тысячи строго упорядоченных спектральных линий на равных расстояниях. Частотные гребенки революционизировали такие области, как метрология, спектроскопия и точное хронометрирование с использованием атомных оптических часов, что принесло их создателям Нобелевскую премию по физике в 2005 году.
Изначально частотные гребенки были ограничены видимым и ближним инфракрасным диапазоном, но вскоре их диапазон расширили до УФ-области с помощью метода генерации оптических гармоник. Этот шаг открыл новый спектральный диапазон для прецизионной лазерной спектроскопии, но сохранить при этом одновременно высокое разрешение и широкий охват в УФ-диапазоне оказалось сложной задачей.
Прорыв в УФ-спектроскопии
Новая система, представленная командой под руководством Константина Водопьянова из CREOL, Колледжа оптики и фотоники при Университете Центральной Флориды, использует метод двойной гребенчатой спектроскопии. Она создаёт ультраширокий спектр в двух УФ-диапазонах. В этой системе частотные линии располагаются с шагом всего в 80 МГц, а разрешающая способность достигает десяти миллионов, что позволяет анализировать мелкие структурные особенности в спектре.
Высокое разрешение и широта УФ-спектра открывают уникальные возможности для изучения электронных переходов в атомах и молекулах. Это позволяет применять новую систему для химического анализа, фотохимических исследований, анализа атмосферы и даже для поиска экзопланет — задач, где необходимо одновременно фиксировать множество абсорбционных особенностей.
Принцип двойной гребенчатой спектроскопии
Для использования УФ-частотных гребенок в спектроскопии с высокой разрешающей способностью был применён метод двойной гребенчатой спектроскопии. Эта мощная техника использует два частотных гребня с чуть различающимися шагами на одном детекторе, создавая интерферограммы. С помощью преобразования Фурье можно восстановить весь спектр с высокой точностью и скоростью.
Хотя за последние годы двойная гребенчатая спектроскопия добилась значительного прогресса в среднеинфракрасном и терагерцовом диапазонах, УФ-диапазон оставался труднодоступным из-за нехватки разрешающей способности и ширины спектра. Новая платформа восполняет этот пробел, создавая высокосогласованные ультракороткие инфракрасные импульсы с длиной волны 2,4 мкм. Затем с помощью нелинейного кристалла получаются 6-я и 7-я гармоники, формирующие две ультрафиолетовые полосы — с примерно миллионом спектральных линий в первой полосе и около 550 тысяч во второй. Эти диапазоны покрывают 372–410 нм и 325–342 нм, соответственно.
Высокоточные спектральные линии и возможные применения
Для точного измерения спектральных линий исследователи привязали их к атомным часам, что обеспечило сверхточные спектроскопические измерения, подходящие для самых сложных задач. В демонстрационном эксперименте система успешно измерила узкий отражательный спектр зеркала с объемной решеткой Bragg, показав разрешающую способность в десять миллионов — результат, недостижимый для существующих решеточных и Фурье-спектрометров.
Перспективы технологии
В будущем исследователи намерены расширить технологию в ещё более глубокие УФ-области, возможно, до длины волны 100 нм. Это откроет возможности для более глубоких и точных исследований на молекулярном и атомном уровнях, что потенциально изменит подход к исследованиям в различных областях — от химического анализа до изучения экзопланетных атмосфер.
Обеспечьте себе и своим близким комфорт и безопасность, посетите наш интернет-магазин измерительного оборудования pribor-x.ru! Наши специалисты всегда готовы помочь вам с выбором и ответить на все ваши вопросы.
Свяжитесь с нами по почте sales@pribor-x.ru или по телефону 8-800-777-24-67.