La spettroscopia è lo studio dell'interazione tra luce e materia, offrendo numerose importanti applicazioni in campi che vanno dalla scienza dei materiali all'astronomia. Un obiettivo comune della spettroscopia è il miglioramento della risoluzione spettroscopica per fornire informazioni più dettagliate sui processi dinamici. Gli spettrometri multicanale sono ampiamente utilizzati in spettroscopia perché sono compatti, forte, e catturare immagini ad alta velocità. Però, la risoluzione degli spettrometri multicanale è limitata. Il miglioramento di questa risoluzione è attualmente limitato dall'impossibilità di rendere la larghezza della fenditura di ingresso inferiore alla dimensione dei pixel; noto come "limite di Nyquist pixel".

I ricercatori dell'Università di Osaka hanno recentemente sviluppato un modo per aumentare la risoluzione degli spettrometri multicanale oltre il limite di Nyquist dei pixel utilizzando modelli Moiré. Un motivo Moiré è un motivo di interferenza creato tra due motivi sovrapposti simili con passo leggermente diverso, Dislocamento, o rotazione.

"Abbiamo utilizzato l'effetto Moiré per migliorare la risoluzione spettrale in uno spettrometro multicanale, "dice Tsuyoshi Konishi, autore principale del rapporto pubblicato di recente sullo studio. "Questo ci ha permesso di ottenere per la prima volta una risoluzione oltre il limite di Nyquist dei pixel in uno spettrometro multicanale".

Il team ha creato l'effetto Moiré in uno spettrometro multicanale commerciale utilizzando una coppia di array di fenditure con periodi di 100 e 180 μm posizionati all'ingresso e all'uscita dello spettrometro. La sovrapposizione dei motivi della coppia di schiere di fessure ha creato una frangia Moiré. Il sensore di immagine dello spettrometro aveva un limite di pixel Nyquist di 50 nm, quindi la risoluzione doveva essere inferiore a questo valore. La frangia Moiré generata dallo spettrometro modificato è stata in grado di risolvere una variazione di lunghezza d'onda di appena 0,31 nm, superamento del limite di Nyquist dei pixel. Ciò significa che la risoluzione spettrale dello spettrometro è stata migliorata di un fattore di oltre dieci rispetto alla sua risoluzione originale di 4,63 nm.

L'approccio è stato testato utilizzando sia una sorgente luminosa a lunghezza d'onda singola che una sorgente luminosa policromatica costituita da due raggi laser di diversa lunghezza d'onda. In entrambi i casi, la frangia Moiré generata ha fornito una risoluzione oltre il limite di Nyquist dei pixel. È importante sottolineare che l'approccio sviluppato è semplice e può essere adattato a diverse situazioni.

"Il superamento del limite di pixel Nyquist di uno spettrometro multicanale che utilizza la frangia Moiré generata da una coppia di array di fenditure opportunamente posizionati dovrebbe facilitare l'imaging a super risoluzione dei processi dinamici, " Spiega Konishi. "Prevediamo che gli spettrometri multicanale con risoluzione spettrale variabile saranno sviluppati sulla base di questo concetto".

Questa ricerca rappresenta un passo importante verso l'obiettivo del monitoraggio in tempo reale ad alta risoluzione di eventi dinamici in campi che vanno dalla biologia all'astronomia.