Ultraviyole çift taraklı spektroskopi sistemi tek fotonları sayar – Fizik Dünyası

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultraviolet-dual-comb-spectroscopy-system-counts-single-photons-physics-world.jpg" data-caption="How it works: the top frequency comb is passed through a sample of interest and then into a beamsplitter. The bottom frequency comb operates at a slightly different pulse repetition frequency and is combined with the top comb in the beamsplitter. Photons in the combined beam are counted by a detector. (Courtesy: Bingxin Xu ve diğerleri/Tabiat/ CC BY 4.0 DEED)” title=”Resmi açılır pencerede açmak için tıklayın” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultraviolet-dual-comb-spectroskopi-system-counts- tek fotonlar-fizik-dünya.jpg”>

İki frekans tarağı arasındaki girişimi kullanan absorpsiyon spektroskopisi olan çift taraklı spektroskopi, tek fotonlar kullanılarak ultraviyole dalga boylarında gerçekleştirildi. Çalışma, tekniğin yüksek güçlü tarak lazerlerinin bulunmadığı daha kısa dalga boylarında kullanılmasına yol açabilir. Teknik aynı zamanda yeni uygulamalar da bulabilir.

21. yüzyılın başındaki icatlarından bu yana frekans tarakları optikte önemli araçlar haline geldi. Sonuç olarak, Theodor Hansch Almanya'daki Max Planck Kuantum Optik Enstitüsü'nden ve John Hall ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'nden bilim insanları, buluşları nedeniyle 2005 Nobel Ödülü'nü paylaştı. Bir frekans tarağı, bir tarağın dişlerine benzeyen, düzenli frekans aralıklarında yoğunluk zirvelerine sahip çok geniş bir ışık spektrumu içeren kısa, periyodik ışık darbelerinden oluşur. Bu tür spektrumlar, atom saatleri veya spektroskopi gibi, kesin olarak tanımlanmış bir frekansta ışığa ihtiyaç duyulduğunda özellikle faydalıdır.

Geleneksel spektroskopide, bir numuneyi başka bir lazerle incelerken frekans tarağı "optik cetvel" olarak kullanılabilir. "Analiz etmek istediğiniz numuneyle etkileşime giren sürekli dalga [CW] bir lazeriniz var ve bu CW lazerin mutlak frekansını ölçmek istiyorsunuz" diye açıklıyor Nathalie Picque Max Planck Kuantum Optik Enstitüsü'nden Dr. “Ve bunun için frekans tarağıyla lazeri yendiniz. Yani frekans tarağı size herhangi bir frekansı ölçme olanağı veriyor ama belirli bir zamanda yalnızca birini ölçüyorsunuz.”

Yoğunluk değişiklikleri

Buna karşılık, çift taraklı spektroskopi, numuneyi frekans tarağının kendisinden gelen geniş bantlı ışığa maruz bırakır. Giriş geniş bant olduğundan çıkış da geniş banttır. Bununla birlikte, numuneden geçen ışık, bir interferometrede biraz farklı bir tekrarlama frekansına sahip ikinci bir frekans tarağından gelen ışıkla birleşir. İnterferometreden çıkan ışığın değişen yoğunluğu kaydedilir (şekle bakın).

Numune ilk frekans tarağıyla etkileşime girmemişse periyodik yoğunluk değişimi basitçe taraklar arasındaki tekrar frekansındaki farkı yansıtır. Bununla birlikte, eğer numune taraktan gelen ışığı emerse, bu durum yoğunluk modülasyonunun şeklini değiştirir. Emilen frekanslar, bu zamansal girişim modelinin Fourier dönüşümünden elde edilebilir.

Çift taraklı spektroskopi kızılötesi frekanslarda çok başarılı olmuştur. Ancak tekniğin daha yüksek frekanslarda kullanılması sorunludur. Picqué şöyle açıklıyor: "Ultraviyole bölgesinde doğrudan ışık yayan ultra hızlı lazerler yok, dolayısıyla doğrusal olmayan frekans dönüşümünü kullanmanız gerekiyor ve ultraviyoleye ne kadar çok girmek isterseniz, doğrusal olmayan frekans dönüşümünün aşamaları da o kadar fazla olur" ihtiyacın var.” Doğrusal olmayan frekans yukarı dönüşümü çok verimsiz olduğundan güç her aşamada düşer.

Düşük güçlü çözüm

Şimdiye kadar çoğu araştırmacı, gelen kızılötesi lazerin gücünü artırmaya odaklandı. Picqué, "Yüksek güçlü lazerler, çok fazla gürültü ve çok pahalı bir sistemle çok zorlu bir deneyle karşı karşıyasınız" diyor. Bu nedenle yeni araştırmada Picqué, Hänsch ve Max Planck Kuantum Optik Enstitüsü'ndeki meslektaşları, çok daha düşük güce ihtiyaç duyan bir sistem yarattılar.

Araştırmacılar iki kızılötesi tarağı, önce lityum niyobat kristaline, ardından bizmut triborata iki kez yukarı dönüştürdü. Ortaya çıkan ultraviyole taraklar, en fazla 50 pW'lık ortalama optik güçler üretti. Araştırmacılar bunlardan birini ısıtılmış sezyum gazı hücresinden geçirirken, diğeri doğrudan interferometreye gönderildi. İnterferometrenin bir kolu tek bir foton sayacına gönderildi. Picqué "Gerçekten çok az sayım var" diyor; "Bir tarama yaparsanız sinyal hiçbir şeye benzemez." Ancak daha sonra aynı taramayı defalarca tekrarladılar. "Taramayı 100,000 veya bir milyona yakın kez tekrarladığımızda, aradığımız sinyal olan zaman alanı girişim sinyalimizi alıyoruz."

Yaklaşık 150 saniyelik tarama süresinde araştırmacılar, sezyumdaki benzer frekanslara sahip, sinyal-gürültü oranları yaklaşık 200 olan iki atomik geçişi çözebildiler. Ayrıca, aşırı ince etkileşimin neden olduğu geçişlerden birinin bölünmesini de gözlemleyebildiler. .

Picqué, "Çok düşük ışık seviyelerinde çalışma fikri çok mantığa aykırı" diyor. "Tekniğin daha önce kullanılandan bir milyon kat daha zayıf optik güçlerle çalışabileceğini gösteriyoruz." Artık vakumlu ultraviyolede daha kısa dalga boylarına ulaşmayı umuyorlar. Picqué, ultraviyole spektroskopinin yanı sıra, çift taraklı spektroskopiyi çok düşük güçlerde kullanma kapasitesinin, örneklerin radyasyon hasarına yatkın olduğu durumlar gibi diğer çeşitli durumlarda da faydalı olabileceğini açıklıyor.

Çift tarak uzmanı Jason Jones Vakum ultraviyolesine kadar deneyler yapan Arizona Üniversitesi'nden Dr. Max Planck'ın çalışması konusunda oldukça heyecanlı. "Ultraviyole ışınına ne kadar uzağa giderseniz gidin, üretilme şekli nedeniyle her zaman minimum miktarda ışığa sahip olacaksınız, dolayısıyla daha az ışık kullanabilirseniz, her zaman daha derine inebileceksiniz" diyor. "Tek fotonları kullanıp yine de iyi sinyal-gürültü spektroskopik sonuçları elde edebilmek bunun için önemli."

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Tabiat.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/ultraviolet-dual-comb-spectroscopy-system-counts-single-photons/