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羅克韋爾/Allen Bradley
近日，來(lái)自德國(guó)慕尼黑大學(xué)(LMU)ATTOWorld實(shí)驗(yàn)室、馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所(MPQ)和匈牙利分子指紋研究中心(CMF)的物理學(xué)家們宣布，他們?cè)谘芯繉?shí)驗(yàn)中成功地產(chǎn)生了超短中紅外脈沖，并精確地控制了它們的電場(chǎng)波形。
團(tuán)隊(duì)表示，他們實(shí)現(xiàn)了“對(duì)中紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光脈沖的控制”。有這個(gè)紅外波形“操控器”在手，科學(xué)家們將為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用和量子電子學(xué)的光學(xué)控制提供新的可能性。
將超短激光脈沖送入非線性晶體中，使其經(jīng)歷復(fù)雜的混頻過(guò)程。通過(guò)調(diào)整激光輸入?yún)?shù)，科學(xué)家們能夠精確地控制產(chǎn)生的中紅外光的振蕩。
超短紅外光脈沖是一系列廣泛技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。振蕩的紅外光場(chǎng)可以激發(fā)樣品中的分子以特定頻率振動(dòng)，或者驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體中的超快電流。
具體來(lái)看，新中紅外光源的基礎(chǔ)是一個(gè)穩(wěn)定的激光系統(tǒng)，能夠在近紅外波長(zhǎng)的光脈沖中產(chǎn)生具有精確輪廓的波形。脈沖僅由光波的一次振蕩組成，因此只有幾飛秒長(zhǎng)。當(dāng)這些脈沖被送入合適的非線性晶體時(shí)，利用復(fù)雜的混頻過(guò)程可以誘導(dǎo)產(chǎn)生長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外脈沖。
正是通過(guò)這種方法，上述聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)成功地產(chǎn)生了光譜覆蓋范圍從1μm到12μm、超過(guò)3個(gè)光學(xué)八度的超大光脈沖。在此過(guò)程中，研究人員不僅能夠理解和模擬混合過(guò)程的基礎(chǔ)物理，而且還開發(fā)了一種新的方法，可以通過(guò)調(diào)諧激光輸入?yún)?shù)來(lái)精確控制產(chǎn)生的中紅外光的振蕩。
例如，由此產(chǎn)生的可調(diào)波形可以選擇性地觸發(fā)固體中的某些電子過(guò)程，這有望在未來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的電子信號(hào)處理速度。“在此基礎(chǔ)上，人們可以設(shè)想光控電子技術(shù)的發(fā)展，”該研究的三位主要作者之一菲利普·施泰因萊特納(Philipp Steinleitner)表示，“如果光電設(shè)備能在產(chǎn)生的光的頻率上工作，你就能使今天的電子設(shè)備速度至少提高1000倍。”
當(dāng)下，不少物理學(xué)家熱衷于研究在分子光譜學(xué)中應(yīng)用新的光技術(shù)。在此次實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)中紅外光穿過(guò)液體樣本(例如人體血液)時(shí)，樣本中的分子開始振蕩，并發(fā)出特有的光波。而通過(guò)檢測(cè)分子的響應(yīng)，可以提供不同樣品的特定“指紋”，這主要依賴于樣品的確切組成。
該研究的第一作者Nathalie Nagl表示:“通過(guò)這項(xiàng)新的激光技術(shù)，我們大大擴(kuò)展了紅外的可控波長(zhǎng)范圍。更廣范圍的波長(zhǎng)讓我們得以更精確地分析分子混合物的具體組成。”
談到具體應(yīng)用，Mihaela Zigman領(lǐng)導(dǎo)的寬帶紅外診斷(BIRD)團(tuán)隊(duì)和Alexander Weigel領(lǐng)導(dǎo)的CMF研究團(tuán)隊(duì)的研究人員表示，他們對(duì)測(cè)量人類血液樣本的精確紅外分子“指紋”特別感興趣。他們的目標(biāo)主要是識(shí)別特征特征，以便診斷癌癥等疾病：“在未來(lái)，我們的激光技術(shù)將使我們的同事能夠檢測(cè)到蛋白質(zhì)或脂類等特定生物分子中以前無(wú)法檢測(cè)到的變化。它增加了未來(lái)使用紅外激光技術(shù)進(jìn)行醫(yī)療診斷的可靠性。”
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