Peignes de fréquence : la clé de la prochaine génération de spectroscopie
Un article de synthèse montre comment les interféromètres à double peigne peuvent déterminer la résolution uniquement grâce à la cohérence temporelle.
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Les atomes et les molécules sont les éléments fondamentaux de la matière. La spectroscopie identifie et quantifie les espèces chimiques grâce aux empreintes spectrales uniques qu'elles impriment sur la lumière. La spectroscopie a de nombreuses applications, allant des tests fondamentaux de l'électrodynamique quantique et de l'étude de la structure moléculaire à la détection environnementale, au diagnostic biomédical et au contrôle industriel. Un instrument spectroscopique très prometteur, susceptible de transformer le domaine, est apparu au fil des ans : le spectromètre à double peigne. Cet instrument repose sur l'interférence de deux lasers ultrarapides à verrouillage de mode qui produisent de larges peignes de fréquence composés de lignes spectrales étroites régulièrement espacées. Dans un article tutorial publié dans Nature Reviews Methods Primers, Nathalie Picqué et Theodor W. Hänsch passent en revue les principes, les avancées et les opportunités futures du domaine en plein essor de la science atomique et moléculaire à large bande utilisant la spectroscopie à double peigne.
Deux peignes de fréquence d'espacement légèrement différent interfèrent et constituent un moyen puissant d'effectuer une spectroscopie à haute résolution sans pièces mobiles.
MBI | Prof. Dr. Nathalie Picqué
Un peigne de fréquence est un spectre de lignes laser nettes cohérentes en phase et régulièrement espacées. De tels peignes basés sur des lasers femtosecondes à verrouillage de mode, tels que ceux mis au point par l'Institut Max-Planck d'optique quantique dans les années 1990, ont révolutionné les mesures de la fréquence et du temps. En métrologie des fréquences, un peigne laser agit comme une règle dans l'espace des fréquences, qui relie commodément les fréquences micro-ondes et optiques, et/ou mesure une grande séparation entre deux fréquences optiques. Au cours des deux dernières décennies, les peignes de fréquence ont trouvé de nouvelles applications. L'une d'entre elles est la spectroscopie à double peigne. La spectroscopie à double peigne relève le défi de combiner une large couverture spectrale avec une résolution et une précision élevées en utilisant deux peignes de fréquence optique avec des fréquences de répétition légèrement différentes pour cartographier les spectres optiques directement dans le domaine des radiofréquences. La méthode repose sur l'interférométrie dans le domaine temporel et évite le balayage mécanique, ce qui permet des mesures précises, rapides et à large bande.
Au cours des deux dernières décennies, la spectroscopie à double peigne a été mise en œuvre dans l'ensemble du spectre électromagnétique, du térahertz au domaine visible, avec des efforts continus dans le domaine de l'ultraviolet. Dans un abécédaire (https://rdcu.be/fjWI4) qui vient d'être publié dans Nature Reviews Methods Primers, Nathalie Picqué (Institut Max Born et Université Humboldt de Berlin) et Theodor W. Hänsch, (Institut Max-Planck d'optique quantique et Université Ludwig-Maximilian de Munich) présentent les principes, les progrès et les applications représentatives de la spectroscopie à double peigne, ainsi que ses limites actuelles et les directions émergentes pour un développement ultérieur. Ils soulignent que, puisque la mesure ne dépend pas de contraintes géométriques, l'interféromètre à double peigne offre une voie conceptuelle vers la spectroscopie à large bande, la résolution étant déterminée uniquement par la cohérence temporelle, et vers des spectromètres hautement miniaturisés.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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