Pentes de frequência: a chave para a próxima geração de espetroscopia
Um artigo de revisão demonstra como os interferómetros de duplo pente podem determinar a resolução apenas através da coerência temporal.
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Os átomos e as moléculas são os blocos de construção fundamentais da matéria. A espetroscopia identifica e quantifica espécies químicas através das impressões digitais espectrais únicas que estas imprimem na luz. A espetroscopia tem muitas aplicações, que vão desde testes fundamentais da eletrodinâmica quântica e investigações da estrutura molecular até à deteção ambiental, diagnóstico biomédico e monitorização industrial. Ao longo dos anos, surgiu um instrumento espetroscópico altamente promissor que tem o potencial de transformar este campo: o espetrómetro de duplo pente. Este instrumento baseia-se na interferência de dois lasers ultra-rápidos com bloqueio de modo que produzem pentes de frequência amplos compostos por linhas espectrais estreitas uniformemente espaçadas. Num artigo tutorial publicado na revista Nature Reviews Methods Primers, Nathalie Picqué e Theodor W. Hänsch analisam os princípios, os avanços e as oportunidades futuras do campo em rápido desenvolvimento da ciência atómica e molecular de banda larga utilizando a espetroscopia de duplo pente.
Dois pentes de frequência com espaçamento ligeiramente diferente interferem e proporcionam uma forma poderosa de efetuar espetroscopia de alta resolução sem peças móveis.
MBI | Prof. Dr. Nathalie Picqué
Um pente de frequências é um espetro de linhas laser nítidas coerentes em termos de fase e uniformemente espaçadas. Estes pentes baseados em lasers bloqueados por modo de femtossegundos, tal como foram criados no Instituto Max-Planck de Ótica Quântica nos anos 90, revolucionaram as medições de frequência e tempo. Na metrologia de frequências, um pente laser actua como uma régua no espaço de frequências, que liga convenientemente frequências de micro-ondas e ópticas, e/ou mede uma grande separação entre duas frequências ópticas. Nas últimas duas décadas, os pentes de frequência encontraram novas aplicações. Uma delas é a espetroscopia de duplo pente. A espetroscopia de duplo pente aborda o desafio de combinar uma ampla cobertura espetral com uma elevada resolução e precisão, utilizando dois pentes de frequência ótica com frequências de repetição ligeiramente diferentes para mapear espectros ópticos diretamente no domínio da radiofrequência. O método baseia-se na interferometria no domínio do tempo e evita o varrimento mecânico, permitindo medições precisas, rápidas e de banda larga.
Ao longo das últimas duas décadas, a espetroscopia de duplo pente foi implementada em todo o espetro eletromagnético, desde os terahertz até à gama do visível, com esforços contínuos para a gama do ultravioleta. Numa cartilha (https://rdcu.be/fjWI4) que acaba de ser publicada na Nature Reviews Methods Primers, Nathalie Picqué (Max Born Institute e Universidade Humboldt de Berlim) e Theodor W. Hänsch, (Max-Planck Institute of Quantum Optics e Universidade Ludwig-Maximilian de Munique) apresentam os princípios, os avanços e as aplicações representativas da espetroscopia de duplo efeito de pente, bem como as suas limitações actuais e as direcções emergentes para um maior desenvolvimento. Salientam que, uma vez que a medição não depende de restrições geométricas, o interferómetro de duplo pente oferece uma via concetual para a espetroscopia de banda larga, sendo a resolução determinada puramente pela coerência temporal, e para espectrómetros altamente miniaturizados.
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