大きな進歩、科学者が新しい高輝度コヒーレント光源を開発しました!

分析光学法は、固体、液体、気体中の物質を迅速かつ安全に識別することを可能にするため、現代社会にとって極めて重要です。これらの方法は、スペクトルの異なる領域における光と物質との相互作用の違いを利用しています。例えば、紫外線スペクトルは物質内部の電子遷移に直接アクセスでき、テラヘルツ波は分子振動に非常に敏感です。

パルスを生成する電界を背景にした中赤外線パルススペクトルの芸術的な画像

長年にわたり開発された多くの技術により、ハイパースペクトロスコピーとイメージングが可能になり、科学者は分子の折り畳み、回転、振動といった現象を観察することで、がんマーカー、温室効果ガス、汚染物質、さらには有害物質の理解を深めることができます。これらの超高感度技術は、食品検出、生化学センシング、さらには文化遺産といった分野で有用であることが証明されており、古美術品、絵画、彫刻材料の構造研究にも活用されています。

長年の課題は、これほど広いスペクトル範囲をカバーし、十分な輝度を持つ小型光源の不足でした。シンクロトロンは広いスペクトル範囲をカバーできますが、レーザーのような時間的コヒーレンスを欠いており、大規模なユーザー施設でしか利用できません。

Nature Photonics誌に掲載された最近の研究で、スペイン光子科学研究所、マックス・プランク光科学研究所、クバン国立大学、マックス・ボルン非線形光学・超高速分光研究所などの国際研究チームが、コンパクトで高輝度の中赤外線駆動光源を報告しました。この光源は、膨張式反共鳴リングフォトニック結晶ファイバーと新型非線形結晶を組み合わせています。この装置は、340nmから40,000nmまでのコヒーレントスペクトルを生成し、そのスペクトル輝度は、最も明るいシンクロトロン装置の1つよりも2～5桁高い値です。

研究者らは、今後の研究では光源の低周期パルス持続時間を利用して物質や材料の時間領域分析を実施し、分子分光法、物理化学、固体物理学などの分野でマルチモーダル測定方法の新たな道を切り開くだろうと述べた。