Pesquisadores da Universidade de Tampere e seus colaboradores mostraram como as medições espectroscópicas podem ser feitas com muito mais rapidez. Ao correlacionar a polarização à cor de um laser pulsado, a equipe pode rastrear mudanças no espectro de luz por meio de medições de polarização simples e extremamente rápidas. O método abre novas possibilidades para medir mudanças espectrais em uma escala de nanossegundos em todo o espectro de cores da luz.

Em espectroscopia, frequentemente as mudanças do comprimento de onda, ou seja, cor, de uma luz de sonda são medidos após a interação com uma amostra. Estudar essas mudanças é um dos métodos principais para obter uma compreensão mais profunda das propriedades dos materiais até o nível atômico. Suas aplicações variam de observações astronômicas e estudos de materiais, às investigações fundamentais de átomos e moléculas.

A equipe de pesquisa demonstrou um novo método espectroscópico que tem o potencial de acelerar medições para taxas de leitura que são impossíveis com esquemas convencionais. Os resultados já foram publicados na prestigiosa revista. Optica .

As medições espectroscópicas geralmente dependem da separação dos diferentes componentes de cores em diferentes posições, onde o espectro pode então ser lido por um conjunto de detectores semelhante a um chip de câmera. Embora essa abordagem permita uma inspeção direta do espectro, é bastante lento devido à velocidade limitada do grande array de leitura. O novo método que os pesquisadores implementaram contorna essa restrição, gerando um estado mais complexo de luz laser e, assim, permitindo um esquema de medições mais rápido.

"Nosso trabalho mostra uma maneira simples de ter polarizações diferentes para todos os componentes de cor do laser. Usando essa luz como uma sonda, podemos simplesmente medir a polarização para obter informações sobre as mudanças no espectro de cores, "explica a pesquisadora doutoral Lea Kopf, autor principal do estudo.

O truque que os pesquisadores usam é realizar uma modulação no domínio temporal, dividindo coerentemente um pulso de femto-segundo de um laser em duas partes - cada uma com uma polarização diferente ligeiramente atrasada no tempo em relação à outra.

"Essa modulação pode ser facilmente feita usando um cristal de birrefringência, onde a luz polarizada de forma diferente viaja em velocidades diferentes. Isso leva à polarização de mudança espectral necessária para o nosso método, "descreve o professor associado Robert Fickler, que lidera o grupo Experimental Quantum Optics em que o experimento foi realizado.

Medições espectroscópicas de alta velocidade

Os pesquisadores não demonstraram apenas como esses estados complexos de luz podem ser gerados no laboratório; eles também testaram sua aplicação na reconstrução de mudanças espectrais usando apenas a análise de polarização. Como o último requer apenas até quatro medições de intensidade simultâneas, alguns fotodiodos muito rápidos podem ser usados.

Usando essa abordagem, os pesquisadores podem determinar o efeito das modulações de banda estreita do espectro com uma precisão comparável aos espectrômetros padrão, mas em alta velocidade. "Contudo, não poderíamos levar nosso esquema de medição ao seu limite em termos de possíveis taxas de leitura, como somos limitados pela velocidade do nosso esquema de modulação a alguns milhões de amostras por segundo, "continua Kopf.

Com base nesses resultados iniciais promissores, as tarefas futuras incluirão aplicar a ideia a mais luz de banda larga, como fontes de luz super contínuas, e aplicar o esquema em medições espectroscópicas de amostras de variação naturalmente rápida para usar todo o seu potencial.

"Estamos felizes que nosso interesse fundamental em estruturar a luz de diferentes maneiras encontrou agora uma nova direção, o que parece ser útil para tarefas de espectroscopia que geralmente não são nosso foco. Como um grupo de óptica quântica, já começamos a discutir como aplicar e se beneficiar dessas idéias em nossos experimentos fotônicos quânticos, "acrescenta Fickler.