周波数コムは 20 ナノ秒ごとに分子を識別 – Physics World

周波数コム (光の物差しのように機能する特殊なレーザー) は、サンプル中の未知の分子が吸収する光の周波数を検出することにより、その分子を識別するために一般的に使用されます。しかし、最近の進歩にもかかわらず、この技術は、多くの物理化学的および生物学的プロセスに特徴的なナノ秒の時間スケールでスペクトルを記録するのに依然として苦労しています。

の研究者 米国国立標準技術研究所 (NIST) メリーランド州ゲイザーズベリー、 トプティカ フォトニクス AG と コロラド大学ボルダー校 彼らは現在、サンプル中の特定の分子を 20 ナノ秒ごとに検出できる周波数コム システムを開発することで、この欠点に対処しています。彼らの偉業は、この技術が、極超音速ジェットエンジンやタンパク質の折り畳みで起こるような、高速で進むプロセスの中間ステップを解決するために使用できることを意味する。

分子指紋の検出

新作ではNISTプロジェクトリーダー デビッドロング 研究者らは、電気光学変調器を使用して、電磁スペクトルの近赤外領域で XNUMX つの光周波数コムを生成しました。次に、彼らはこれらのコムを、コムを中赤外線にスペクトル変換する光パラメトリック発振器として知られるデバイスのポンプレーザーとして使用しました。中赤外領域には（特に生体材料において）非常に多くの強い光吸収特徴があり、「指紋領域」として知られているため、この変換は重要です。コームの高出力とコヒーレンスは、その周波数「歯」の広い間隔と相まって、これらの分子線の形状を高速で記録することができます。

新しいセットアップは非常に効果的であるだけでなく、比較的シンプルでもあります。 「中赤外におけるデュアルコム分光法の他の多くのアプローチでは、互いにしっかりと固定する必要のある XNUMX つの別々のコムが必要でした」とロング氏は説明します。 「これは、実験の複雑さが大幅に増加することを意味します。さらに、以前の技術は一般に、それほど高い出力を持たず、櫛の間隔を十分に大きな値に調整する可能性もありませんでした。」

従来の周波数コムの「歯」の数は数千、さらには数百万であるのに対し、新しい電気光学コムには「歯」が 14 個しかないため、この広い間隔での調整が可能であるとロング氏は付け加えました。したがって、各歯ははるかに高い出力を持ち、周波数が他の歯から離れているため、クリアで強力な信号が得られます。

卓上周波数コムプローブタンパク質構造

「新しい方法の柔軟性とシンプルさは、その XNUMX つの大きな長所です」と彼は言います。 物理学の世界。 「その結果、化学反応速度論や力学、燃焼科学、大気化学、生物学、量子物理学の研究など、幅広い測定対象に適用できます。」

超音速CO₂ パルス

テストとして、研究者らはそのセットアップを使用して CO の超音速パルスを測定しました。₂ 空気が満たされたチャンバー内の小さなノズルから出ます。彼らはCOを測定することができました₂/空気混合比を観察し、COがどのように変化するかを観察します。₂ 空気と相互作用して気圧の振動を引き起こします。このような情報は、航空機エンジン内で発生するプロセスをより深く理解するために使用でき、より優れたエンジンの開発に役立つ可能性があります。

これらの実験のフォローアップとして、で詳しく説明されています。 Nature Photonicsの、研究者らは今後、他の科学的に興味深い化学システムを研究したいと述べています。

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