Gli impulsi ultracorti svolgono un ruolo significativo nelle applicazioni spettroscopiche. La loro ampia larghezza di banda spettrale consente la caratterizzazione simultanea del campione a varie frequenze, eliminando la necessità di misurazioni ripetute o di sintonizzazione laser. Inoltre, il loro estremo confinamento temporale consente l'isolamento temporale della risposta del campione dall'impulso di eccitazione principale.
Questa risposta, che trasporta informazioni spettroscopiche complete, dura da decine di femtosecondi a nanosecondi (10 −15 a 10 −9 secondi) ed è comunemente rilevato da un impulso più breve con vari ritardi temporali. Se combinata con altre tecniche, come la spettroscopia coerente multidimensionale o l'imaging iperspettrale, la spettroscopia ultraveloce facilita l'identificazione di costituenti sconosciuti.
Tuttavia, l'ambizione delle misurazioni in tempo reale incontra ostacoli, principalmente a causa dell'ampia registrazione di dati richiesta nell'ampio spettro di larghezza di banda per ciascun pixel, che introduce notevoli ritardi nell'acquisizione dei dati, estendendo i tempi di elaborazione e aumentando il volume dei dati.
I ricercatori hanno sviluppato una tecnica per accelerare l'analisi spettroscopica. Kilian Scheffter, uno studente di dottorato che lavora con Hanieh Fattahi, capo del gruppo "Femtosecond Fieldoscopy" presso MPL, spiega:"La risposta delle molecole agli impulsi di eccitazione ultracorti è tipicamente scarsa in molti campioni, il che implica che la risposta avviene solo a frequenze specifiche note come impronte digitali molecolari."
"Randomizzando strategicamente i punti di misurazione nel tempo, un approccio consolidato chiamato rilevamento compresso può ricostruire in modo efficiente il segnale utilizzando meno punti dati rispetto al limite dettato dal criterio di Nyquist. Tuttavia, la sfida principale è stata quella di modificare la sovrapposizione temporale della sonda impulsi e l'eccitazione al femtosecondo pulsa in modo casuale."
"Collaborando con i nostri partner in Germania e Francia, abbiamo utilizzato con successo le onde acustiche per modulare questa sovrapposizione temporale in modo casuale. Questa innovazione espande l'applicazione del rilevamento compresso alla misurazione spettroscopica in tempo reale."
"L'accelerazione della spettroscopia nel dominio del tempo offre numerosi vantaggi, ad esempio nel semplificare l'imaging senza etichette di campioni fragili, il monitoraggio ambientale in tempo reale e la diagnostica all'aria aperta di gas tossici e pericolosi e l'endoscopia molecolare", afferma il dott. Hanieh Fattahi.
Il lavoro è pubblicato sulla rivista Ultrafast Science .
Ulteriori informazioni: Hanieh Fattahi et al, Rilevamento compresso di impronte digitali molecolari risolte sul campo oltre la frequenza di Nyquist, Scienza ultraveloce (2024). DOI:10.34133/ultrafastscience.0062
Fornito dalla Max Planck Society
