Resumo visual da detecção compactada de impressões digitais moleculares resolvidas em campo. Crédito:Ciência Ultrarrápida (2024). DOI:10.34133/ultrafastscience.0062 Pulsos ultracurtos desempenham um papel significativo em aplicações espectroscópicas. Sua ampla largura de banda espectral permite a caracterização simultânea da amostra em diversas frequências, eliminando a necessidade de medições repetidas ou ajuste do laser. Além disso, o seu confinamento temporal extremo permite o isolamento temporal da resposta da amostra do pulso de excitação principal.
Essa resposta, que carrega informações espectroscópicas abrangentes, dura de dezenas de femtossegundos a nanossegundos (10
−15
a 10
−9
segundos) e é comumente testado por um pulso mais curto em vários atrasos de tempo. Quando mesclada com outras técnicas, como espectroscopia coerente multidimensional ou imagem hiperespectral, a espectroscopia ultrarrápida facilita a identificação de constituintes desconhecidos.
No entanto, a ambição de medições em tempo real enfrenta obstáculos, principalmente devido ao extenso registo de dados necessário em todo o espectro de alta largura de banda para cada pixel, introduzindo atrasos consideráveis na captura de dados, prolongando o tempo de processamento e aumentando o volume de dados.
Os pesquisadores desenvolveram uma técnica para acelerar a análise espectroscópica. Kilian Scheffter, um estudante de doutorado que trabalha com Hanieh Fattahi, chefe do grupo "Femtosecond Fieldoscopia" no MPL, explica:"A resposta das moléculas a pulsos de excitação ultracurtos é tipicamente esparsa em muitas amostras, o que implica que a resposta ocorre apenas em frequências específicas conhecidas como impressões digitais moleculares."
"Ao randomizar estrategicamente os pontos de medição no tempo, uma abordagem estabelecida chamada detecção compactada pode reconstruir eficientemente o sinal usando menos pontos de dados do que o limite ditado pelo critério de Nyquist. No entanto, o principal desafio tem sido alterar a sobreposição temporal da sonda pulsos e a excitação do femtossegundo pulsa aleatoriamente."
"Colaborando com nossos parceiros na Alemanha e na França, empregamos com sucesso ondas acústicas para modular aleatoriamente essa sobreposição temporal. Esta inovação expande a aplicação da detecção comprimida à medição espectroscópica em tempo real."
"A aceleração da espectroscopia no domínio do tempo oferece várias vantagens, por exemplo, na simplificação da imagem sem rótulo de amostras frágeis, monitoramento ambiental em tempo real e diagnóstico ao ar livre de gases tóxicos e perigosos, e endoscopia molecular", diz o Dr.
O trabalho está publicado na revista Ultrafast Science .
