A espectroscopia tem raízes na curiosidade do início do século 19 sobre as interações entre matéria e radiação eletromagnética. Graças aos avanços na eletrônica e na ciência dos materiais, várias técnicas de espectroscopia são agora usadas rotineiramente para estudar a composição dos materiais e a natureza de suas ligações químicas, analisando como eles absorvem ou refletem as ondas eletromagnéticas.

Diferentes materiais têm diferentes perfis de absorção em uma ampla faixa de frequências. Algumas características importantes em certos sistemas moleculares, como as ligações de hidrogênio em sistemas aquosos ou a automontagem de proteínas, pode ser apreciado em seus perfis de absorção apenas em frequências da ordem de terahertz (THz, 1000 bilhões de Hertz), uma faixa próxima do infravermelho. Os cientistas têm desenvolvido ativamente técnicas de espectroscopia compatíveis com essas altas frequências, e um promissor é chamado de espectroscopia de pente duplo THz.

Embora este método ofereça muitas vantagens sobre outros na faixa de terahertz, seu uso tem sido limitado devido à alta complexidade do sistema de medição, que normalmente requer dois lasers estáveis ​​independentes como fontes de radiação. Agora, pesquisadores da Tokushima University, Japão, Beihang University, China, e Université du Littoral Côte d'Opale, França, relataram um novo esquema para espectroscopia de pente duplo THz que requer apenas uma única fonte de laser e ainda fornece resolução excepcional.

Para entender os principais aspectos de seu método, isso ajuda a entender os fundamentos da espectroscopia de pente duplo THz. O termo "pente duplo" se refere ao fato de que os pulsos de laser, quando plotado versus frequência, parecem uma série de picos igualmente espaçados (linhas espectrais) em uma ampla faixa de frequência na região de terahertz, e, portanto, um "pente". Na espectroscopia dual-comb, dois lasers com "pentes" ligeiramente diferentes são usados ​​para medir o perfil de absorção de uma amostra. Devido à natureza do sistema, o sinal que é realmente medido, que resulta da "mistura" dos dois pentes, ocupa uma faixa de frequência muito mais baixa, mas ainda reflete todas as informações de alta frequência de interesse. O uso de dois lasers, Contudo, pode resultar em um problema com o controle de estabilização.

Para resolver o problema de estabilização, os pesquisadores usaram um único laser para produzir os dois pentes. Contudo, quando ambos os pentes são produzidos pela mesma fonte de laser, um "jitter" ou instabilidade de temporização embaça as informações de alta frequência refletidas no sinal de baixa frequência final que é medido. Eles corrigiram esse fenômeno indesejável usando uma técnica chamada amostragem adaptativa , pelo qual o sinal a ser adquirido digitalmente não é amostrado em períodos de tempo iguais, mas em tempos específicos calculados para minimizar quaisquer desvios ou erros no tempo relativo entre os pentes.

Para demonstrar seu método, os pesquisadores realizaram medições em uma mistura de ar e o composto acetonitrila. Este gás especial exibe características características quando irradiado com radiação terahertz e, mais importante, esses recursos variam ligeiramente com a pressão. Como essas variações são muito pequenas, As abordagens anteriores de espectroscopia de pente duplo usando um único laser não foram capazes de detectá-los devido à sua resolução limitada. Em contraste, os pesquisadores poderiam usar o esquema proposto neste estudo para observar com precisão muitos desses recursos. Eles relatam uma largura de linha de absorção extremamente estreita (25 MHz) - a primeira alcançada com um laser de fibra dual-comb.

Os pesquisadores já estão trabalhando em outra técnica complementar que pode aumentar ainda mais a resolução da espectroscopia de pente duplo THz com um único laser. A redução na complexidade do sistema resultante do uso da técnica de amostragem adaptativa pode ampliar as áreas de aplicação da espectroscopia THz precisa, fornecendo aos cientistas uma ferramenta poderosa, porém simples, para explorar ainda mais o mundo material.