빛의 측정 막대처럼 작동하는 특수 레이저인 주파수 빗은 일반적으로 흡수하는 빛의 주파수를 감지하여 샘플에서 알려지지 않은 분자를 식별하는 데 사용됩니다. 그러나 최근의 발전에도 불구하고 이 기술은 많은 물리화학적 및 생물학적 과정의 특징인 나노초 단위의 스펙트럼을 기록하는 데 여전히 어려움을 겪고 있습니다.

연구원 미국 국립 표준 기술 연구소 (NIST) 메릴랜드 주 게이더스버리, 톱티카 포토닉스 AG 그리고 콜로라도 대학교, 볼더 이제 20나노초마다 샘플의 특정 분자를 감지할 수 있는 주파수 빗 시스템을 개발하여 이러한 단점을 해결했습니다. 그들의 업적은 이 기술이 극초음속 제트 엔진 및 단백질 접힘에서 발생하는 것과 같이 빠르게 움직이는 프로세스의 중간 단계를 해결하는 데 사용될 수 있음을 의미합니다.

분자 지문 감지

새로운 작업에서는 NIST 프로젝트 리더 데이비드 롱 연구진은 전기광학 변조기를 사용하여 전자기 스펙트럼의 근적외선 영역에서 두 개의 광 주파수 빗을 생성했습니다. 그런 다음 그들은 이 빗을 스펙트럼적으로 중적외선으로 변환하는 광 파라메트릭 발진기(Optical Parametric Oscillator)로 알려진 장치의 펌프 레이저로 사용했습니다. 중적외선 영역은 "지문 영역"으로 알려져 있는 많은 강력한 광 흡수 기능(특히 생체재료)의 본거지이기 때문에 이러한 변환이 중요합니다. 빗의 높은 출력과 일관성은 주파수 "톱니"의 넓은 간격과 함께 이러한 분자 선 모양을 고속으로 기록할 수 있게 해줍니다.

새로운 설정은 매우 효과적일 뿐만 아니라 상대적으로 간단합니다. Long은 “중적외선의 이중 빗 분광법을 위한 다른 많은 접근 방식에는 서로 단단히 고정되어야 하는 두 개의 별도 빗이 필요했습니다.”라고 Long은 설명합니다. “이는 실험의 복잡성이 크게 증가했음을 의미합니다. 더욱이 이전 기술은 일반적으로 높은 전력이나 빗살 간격을 충분히 큰 값으로 조정할 가능성이 없었습니다.”

Long은 이렇게 넓은 간격의 튜닝이 가능하다고 덧붙입니다. 기존 주파수 빗의 경우 수천 또는 수백만 개에 비해 새로운 전기 광학 빗에는 "톱니"가 14개만 있기 때문입니다. 따라서 각 치아는 훨씬 더 높은 전력을 가지며 주파수가 다른 치아로부터 더 멀리 떨어져 있어 명확하고 강한 신호를 생성합니다.

"새로운 방법의 유연성과 단순성은 두 가지 주요 강점입니다."라고 그는 말합니다. 물리 세계. "결과적으로 화학 동역학, 연소 과학, 대기 화학, 생물학 및 양자 물리학 연구를 포함한 광범위한 측정 대상에 적용 가능합니다."

초음속 CO₂ 펄스

테스트로서 연구원들은 CO의 초음속 펄스를 측정하기 위해 설정을 사용했습니다.₂ 공기가 채워진 챔버의 작은 노즐에서 나옵니다. 그들은 CO를 측정할 수 있었습니다₂/공기 혼합 비율을 확인하고 CO가 어떻게 변하는지 관찰합니다.₂ 공기와 상호 작용하여 기압의 진동을 생성합니다. 이러한 정보는 항공기 엔진에서 발생하는 프로세스를 더 잘 이해하고 더 나은 프로세스를 개발하는 데 사용될 수 있습니다.

이러한 실험의 후속 조치로서, 자연 Photonics, 연구자들은 이제 과학적으로 흥미로운 다른 화학 시스템을 연구하고 싶다고 말합니다.

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• 출처: https://physicsworld.com/a/frequency-comb-identifies-molecules-every-20-nanoseconds/