Os pesquisadores usaram um laser infravermelho médio extremamente brilhante para realizar uma técnica analítica conhecida como elipsometria espectroscópica. A nova abordagem captura informações espectrais de alta resolução em menos de um segundo e pode oferecer novos insights sobre as propriedades de mudança rápida de uma variedade de amostras de plásticos a materiais biológicos.

A elipsometria espectroscópica mede como a polarização da luz muda após interagir com uma amostra. Quando realizado na porção infravermelha do espectro, esta abordagem pode revelar informações detalhadas sobre a composição química e orientação molecular de uma amostra.

No jornal The Optical Society (OSA) Cartas de Óptica , pesquisadores do Centro de Pesquisa para Testes Não Destrutivos (RECENDT) GmbH e Johannes Kepler Universität, ambos na Áustria, descrevem como eles incorporaram um laser em cascata quântica de infravermelho médio (QCL) em uma configuração de elipsometria espectroscópica. Este tipo relativamente novo de laser tem pelo menos 10, 000 vezes mais brilhante do que as fontes de luz tradicionais usadas para elipsometria espectroscópica.

Eles mostraram que o QCL melhorou muito a qualidade do sinal das medições espectroscópicas e encurtou o tempo de aquisição espectral de várias horas para menos de um segundo, com mais melhorias possíveis à medida que a nova tecnologia de laser avança. Eles também demonstraram que a técnica pode ser usada para monitoramento em tempo real da reorientação molecular quando um filme plástico é esticado.

"Nosso método fornece acesso a propriedades de amostra que não podiam ser observadas em tempo real antes, "disse Markus Brandstetter, chefe da equipe de pesquisa do RECENDT. "A elipsometria QCL pode ajudar a melhorar os processos de fabricação e a qualidade do produto resultante. Também pode revelar processos físicos e biológicos não observáveis ​​anteriormente que levariam a novas descobertas científicas."

Uma fonte de luz muito brilhante

O QCL de infravermelho médio usado pelos pesquisadores apresenta um nível de brilho que excede até mesmo o de fontes síncrotron, que só estão disponíveis em instalações especializadas. O brilho do laser significa que ele pode ser usado para elipsometria espectroscópica de infravermelho médio de materiais ou substâncias altamente absorventes, incluindo aqueles dissolvidos em água. "Por causa da alta absorção de infravermelho médio da água, isso tem sido muito difícil ou mesmo inconcebível até agora, "disse Brandstetter.

Os comprimentos de onda de emissão do laser podem ser ajustados em uma ampla faixa de infravermelho médio que combina perfeitamente com detectores de infravermelho médio disponíveis comercialmente. Outra vantagem é que ele pode ser usado para medições espectroscópicas sem componentes ópticos caros e complexos, como monocromadores ou interferômetros.

"O laser que usamos também oferece a possibilidade de tamanhos de pontos que são restritos apenas pelo limite de difração da luz, "disse Jakob Kilgus, um membro da equipe de pesquisa do RECENDT. "Isso pode ser explorado para medições elipsométricas com altas resoluções espaciais, que será de interesse para a ciência e para a indústria. "

Fazendo medições em tempo real

Para testar seu novo sistema, os pesquisadores o compararam a um instrumento considerado o padrão ouro dos elipsômetros espectroscópicos de infravermelho comerciais. Eles também realizaram medições em tempo real do realinhamento de cadeias moleculares conforme um filme de polipropileno era esticado.

"A nova configuração superou o tempo de aquisição padrão e a relação sinal-ruído em ordens de magnitude, "disse Kilgus." Nossa medição do filme de polipropileno foi limitada apenas pela velocidade do estágio usado para aplicar a força. Processos muito mais rápidos podem ser monitorados com a configuração. "

Os pesquisadores ressaltam que são muito promissores, mas preliminar, resultados. Eles planejam desenvolver o instrumento ainda mais e querem explorar totalmente a possibilidade de pontos de laser limitados por difração para adquirir imagens de elipsometria de infravermelho médio hiperespectral - que conteriam todo o espectro para cada pixel da imagem - com tempos de aquisição razoáveis.

“Acreditamos que haverá um grande interesse por esta nova técnica e a possibilidade de desenvolvê-la para uso comercial, "disse Brandstetter." A resolução de tempo inferior a um segundo combinada com o alto brilho do laser será útil para inúmeras aplicações industriais e científicas. "