Uma equipe internacional de pesquisadores usou uma técnica de imagem não convencional conhecida como imagem fantasma para fazer medições espectroscópicas de uma molécula de gás. A nova abordagem de cientistas da Universidade de Tecnologia de Tampere, na Finlândia, a University of Eastern Finland e a University of Burgundy Franche-Comté na França, funciona em uma ampla gama de comprimentos de onda e pode melhorar as medições de gases de efeito estufa atmosféricos, como o metano.

No jornal The Optical Society (OSA) Cartas de Óptica , os pesquisadores relatam sua abordagem para expandir as técnicas de imagem fantasma para produzir medições espectrais muito eficientes que revelam informações sobre a composição química de uma molécula de gás. Eles conseguem isso usando imagens fantasmas com uma fonte de luz supercontínua, para capturar a luz dependente do comprimento de onda transmitida através de amostras e demonstrar que a técnica pode medir a assinatura espectral do gás de efeito estufa metano com resolução subnanométrica.

"Monitorando gases de efeito estufa atmosféricos, como metano, dióxido de carbono, óxido nitroso e ozônio são importantes para avaliar como os níveis de mudança desses gases se relacionam com as mudanças climáticas, "disse Caroline Amiot, membro da equipe de pesquisa da Universidade de Tecnologia de Tampere. "Em algumas circunstâncias específicas, nosso método pode permitir uma detecção mais sensível de gases de efeito estufa, fornecendo informações mais precisas sobre esses importantes compostos químicos. "

A imagem fantasma produz imagens correlacionando a intensidade de dois feixes de luz que, tomadas individualmente, não carregam nenhuma informação significativa sobre a forma do objeto, mas, em vez disso, permite inferências indiretas sobre suas propriedades. Esta abordagem pode eliminar algumas das distorções associadas aos sistemas de imagem típicos em ambientes hostis e tem sido usada para criar imagens de alta resolução de objetos físicos e, mais recentemente, para restaurar sinais ultrarrápidos codificados em escalas de tempo de picossegundos.

As moléculas de gás são frequentemente esparsas e, portanto, alteram apenas uma pequena quantidade a transmitância total da luz. Isso significa que fontes de luz poderosas ou detectores extremamente sensíveis são geralmente necessários para detectá-los.

"Como nossa técnica funciona detectando um sinal integrado contendo muitos comprimentos de onda - em oposição a um comprimento de onda como os métodos tradicionais de espectroscopia - ela permite medições usando fontes de luz menos potentes e em comprimentos de onda onde detectores altamente sensíveis não estão disponíveis, "disse Amiot.

Imagem espectral fantasma A imagem fantasma cria uma imagem espectral, que pode conter o espectro de transmissão ou reflexão de um objeto, correlacionando dois braços de um feixe de luz:um que codifica um padrão aleatório que atua como uma referência de sondagem e o outro que ilumina a amostra. A nova abordagem de imagem fantasma usa uma fonte de luz supercontínua, que emite pulsos em que cada um contém muitos comprimentos de onda de luz. Os pesquisadores usaram as flutuações aleatórias que ocorrem entre os espectros associados a pulsos consecutivos para criar a referência necessária para a realização de imagens espectrais de fantasmas.

A luz transmitida através de uma amostra é então detectada com um detector rápido sem resolução espectral que fornece um sinal integrado para todos os comprimentos de onda da largura de banda espectral em consideração. A imagem começa parecendo uma bolha barulhenta, mas uma vez que é correlacionado com as flutuações espectrais de referência, a imagem espectral começa a aparecer.

"É possível reconstruir a imagem espectral sem enviar grandes quantidades de luz através da amostra, "disse Amiot." Isso pode ser muito benéfico para amostras sensíveis à luz, por exemplo."

Gerando um sinal mais forte

Fazer medições de gases na atmosfera tradicionalmente exige o envio de luz laser de alta potência para a atmosfera, onde interage com o gás. “Para medir qual gás está presente e em que quantidade, o sinal de luz muito fraco que volta deve ser dividido em vários comprimentos de onda para detecção, "disse Amiot." Isso pode ser problemático quando o sinal está muito fraco. Nosso método detecta todos os comprimentos de onda misturados, criando um sinal muito mais forte que permite medições mais sensíveis. "

Os pesquisadores testaram sua técnica usando-a para produzir uma imagem espectral de metano. As medições de imagem fantasma reproduziram perfeitamente a série de linhas de absorção discretas que são as impressões digitais do metano e combinaram bem com medições de espectroscopia direta mais convencionais que os pesquisadores realizaram para comparação.

Os pesquisadores agora estão trabalhando no controle das flutuações espectrais usando fontes de luz pré-programáveis ​​que eliminariam a necessidade de medir os padrões espectrais de referência. Eles também estão trabalhando no sentido de usar imagens fantasmas de domínio espectral com uma configuração de tomografia de coerência óptica, o que pode permitir que informações sensíveis sejam obtidas de tecidos ou outras amostras biológicas sem usar quantidades prejudiciais de luz.