Nuestros ojos son sensibles a solo tres bandas de color espectrales rojo, verde, azul, y todos sabemos que ya no podemos distinguir colores si se vuelve muy oscuro. Los espectroscopistas pueden identificar muchos más colores por las frecuencias de las ondas de luz, para que puedan distinguir átomos y moléculas por sus huellas dactilares espectrales. En un experimento de prueba de principio, Nathalie Picqué y Theodor Hänsch del Instituto Max-Planck de Óptica Cuántica MPQ y la Universidad Ludwig-Maximilian LMU hanahora registra amplios espectros con cerca de cien mil colores en una oscuridad casi completa. El experimento emplea dos láser de femtosegundos de modo bloqueado y un detector de conteo de fotones único. Los resultados se acaban de publicar en Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
Un láser de femtosegundo de modo bloqueado emite cientos de miles de líneas espectrales nítidas que están espaciadas exactamente de manera uniforme en frecuencia. Estos peines de frecuencia láser ahora se usan ampliamente para contar las oscilaciones de una onda láser y sirven como mecanismos de relojería en relojes atómicos ópticos.La técnica del peine de frecuencia se destacó cuando se otorgó el Premio Nobel de Física 2005 a Theodor Hänsch y John L. Hall.
Durante los últimos quince años, Nathalie Picqué en el MPQ ha aprovechado los peines de frecuencia para nuevos enfoques de la espectroscopia óptica de banda ancha. En su técnica de "espectroscopia de doble peine", todas las líneas de peine de un láser interrogan una muestra simultáneamente sobre una ampliaEl rango espectral y las líneas de peine de un segundo láser con un espaciado ligeramente diferente interfieren en un fotodetector rápido para la lectura. Los pares de líneas de peine, una de cada láser, producen notas de ritmo de radiofrecuencia en la señal del detector. Estas señales de radiofrecuencia se pueden digitalizary procesada por una computadora. Cualquier estructura espectral óptica en la muestra reaparece como un patrón correspondiente en el peine de señales de radiofrecuencia. Las señales ópticas son efectivamente ralentizadas por un factor grande igual a la frecuencia de repetición del láser dividida por la diferencia en las frecuencias de repetición.Las ventajas únicas de esta poderosa herramienta espectroscópica incluyen una resolución espectral virtualmente ilimitada, posible calibración con una c atómicabloqueo y adquisición altamente consistente de espectros complejos sin necesidad de escanear o partes mecánicamente móviles.
Picqué y Hänsch han demostrado ahora que la espectroscopia de doble peine se puede extender a intensidades de luz extremadamente bajas en el régimen de conteo de fotones. Las señales de interferencia se pueden observar en las estadísticas de los clics del detector de conteo de fotones, incluso si la potencia estan bajo, que solo se registra un clic durante el tiempo de 2000 pulsos de láser, en promedio. En tales circunstancias, es extremadamente improbable que dos fotones, uno de cada láser, estén presentes en la ruta de detección al mismo tiempo. El experimento no puedeexplicarse intuitivamente si se supone que existe un fotón antes de la detección.
La capacidad de trabajar a intensidades de luz mil millones de veces más bajas que las empleadas habitualmente abre nuevas e intrigantes perspectivas para la espectroscopia de doble peine. Nathalie Picqué explica: "El método ahora puede extenderse a regiones espectrales donde las fuentes de peine de frecuencia más débiles están disponibles, como la región ultravioleta extrema o de rayos X suaves. Las señales espectroscópicas se pueden adquirir a través de materiales altamente atenuantes o mediante retrodispersión a grandes distancias. Y es factible extraer espectros de doble peine de muestras nanoscópicas hasta átomos o moléculas individuales, que producensólo débiles señales de fluorescencia ".
Theodor Hänsch recuerda el momento en el laboratorio en el que surgió por primera vez un patrón de interferencia en las estadísticas de clics de los detectores: "Me sentí emocionado. Incluso después de trabajar en espectroscopía láser durante más de 50 años, me pareció bastante contrario a la intuiciónlos fotones detectados podrían ser "conscientes" de los dos láseres con su gran número de líneas de peine y del espectro complejo de una muestra ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Max-Planck-Gesellschaft . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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