大きな進展！科学者たちが高輝度コヒーレント光源を開発！

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できるため、現代社会にとって不可欠です。これらの方法は、光がスペクトルの異なる領域で物質と異なる相互作用を示すことを利用しています。例えば、紫外線スペクトルは物質内部の電子遷移を直接捉えることができ、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場を背景にした、中赤外線パルススペクトルの芸術的なイメージ。

長年にわたって開発された多くの技術により、ハイパースペクトル分析やイメージングが可能になり、科学者は分子が折り畳まれたり、回転したり、振動したりする際の挙動などの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るようになりました。これらの超高感度技術は、食品の検出、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、古代遺物、絵画、彫刻材料の構造研究にも利用できます。

長年の課題は、これほど広いスペクトル範囲をカバーし、かつ十分な明るさ​​を備えた小型光源が不足していたことである。シンクロトロンはスペクトル範囲をカバーできるが、レーザーのような時間的なコヒーレンスに欠け、また、このような光源は大規模なユーザー施設でしか使用できない。

科学誌「Nature Photonics」に掲載された最新の研究論文で、スペイン光科学研究所、マックス・プランク光学研究所、クバン州立大学、マックス・ボルン非線形光学・超高速分光研究所などの研究者からなる国際チームが、小型で高輝度の中赤外駆動光源を開発したと報告した。この光源は、膨張式反共振リングフォトニック結晶ファイバーと新規非線形結晶を組み合わせたもので、340 nmから40,000 nm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、最も高輝度なシンクロトロン放射光源の1つよりも2～5桁高い。

研究者らによると、今後の研究では、この光源の短い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行い、分子分光法、物理化学、固体物理学などの分野におけるマルチモーダル測定法の新たな道を開く予定だという。