p Uma técnica baseada em laser que pode escanear e travar em sinais vibracionais moleculares que normalmente são muito complexos para resolver claramente pode permitir a produção de sensores para identificação de várias espécies em ambientes hostis, incluindo emissões industriais. p As características de mola das ligações químicas fazem com que as moléculas se agitem e girem quando estimuladas pela luz infravermelha. Os padrões resultantes dessas excitações podem identificar substâncias com exclusividade, particularmente na região da impressão digital - uma banda de frequência que cobre o espectro do infravermelho médio. Em ambientes realistas, Contudo, as vibrações na região da impressão digital tornam-se turvas e difíceis de resolver devido à sobreposição de sinais.

p Uma maneira de detectar assinaturas moleculares individuais é com lasers de alta precisão, mas essas fontes de luz normalmente operam em frequências fixas ou varrem uma faixa de frequência muito limitada na faixa do infravermelho médio. Agora, uma equipe de pesquisa, incluindo Bidoor AlSaif e Aamir Farooq da KAUST, relatórios que superaram essas restrições com um laser sintonizável que pode ser calibrado através de linhas ópticas igualmente espaçadas conhecidas como pentes de frequência.

p Lasers em cascata quântica usam transições de tunelamento entre nanoestruturas fabricadas para gerar luz infravermelha média. Ao construir os dispositivos de modo que a amplificação óptica ocorra de forma externa, cavidade controlada por espelho, as emissões de frequência podem cobrir toda a região da impressão digital. A implementação desses recursos em espectrômetros que fazem a varredura e registram vibrações moleculares foi prejudicada, Contudo, pelo ruído elétrico natural dos elétrons em túnel.

p "Lasers de cascata quântica de cavidade externa tendem a ter um comportamento de alto jittering, o que é problemático para aplicações de espectroscopia de precisão, "explica AlSaif." É por isso que desenvolvemos uma ideia para bloquear o laser em cascata quântica do infravermelho médio para um pente de frequência do infravermelho próximo. "

p A equipe KAUST e os colegas de trabalho da Itália combinaram a emissão de laser em cascata quântica e o pente de frequência usando um processo óptico não linear denominado geração de soma de frequência, que só aparece quando dois fótons interagem fortemente. Os efeitos de jitter podem ser estabilizados pelo monitoramento de sinais de notas de batida causados ​​por diferenças nas frequências ópticas entre o pente de frequência e o feixe calibrado.

p Para demonstrar as aplicações potenciais do espectrômetro, os pesquisadores testaram o dispositivo com gás de óxido nitroso (N2O), um componente atmosférico ligado à destruição da camada de ozônio e ao aquecimento global. Superar as limitações sistemáticas de jitter proporcionou uma resolução molecular impressionante - até mesmo sinais rotacionais fracos que ocorrem quando o N2O absorve luz foram observados sobrepostos às impressões digitais vibracionais.

p "Dados espectroscópicos precisos são muito escassos na faixa do infravermelho médio, "diz Farooq." Este tipo de dispositivo tem a oportunidade de não apenas fazer levantamentos espectrais amplos, mas também será muito útil em sensores ópticos. "