Un equipo internacional de investigadores ha utilizado una técnica de imagen no convencional conocida como imagen fantasma para realizar mediciones espectroscópicas de una molécula de gas. El nuevo enfoque de los científicos de la Universidad Tecnológica de Tampere en Finlandia, la Universidad de Finlandia Oriental y la Universidad de Borgoña Franche-Comté en Francia, trabaja en una amplia gama de longitudes de onda y podría mejorar las mediciones de gases de efecto invernadero atmosféricos como el metano.
En la revista The Optical Society OSA Cartas ópticas , los investigadores informan su enfoque para expandir las técnicas de imagen fantasma para producir mediciones espectrales muy eficientes que revelen información sobre la composición química de una molécula de gas. Lo logran mediante el uso de imágenes fantasma con una fuente de luz supercontinua, para capturar la longitud de onda dependientela luz se transmite a través de muestras y demuestra que la técnica puede medir la firma espectral del metano de gases de efecto invernadero con resolución subnanométrica.
"Monitorear los gases de efecto invernadero atmosféricos como metano, dióxido de carbono, óxido nitroso y ozono es importante para evaluar cómo los niveles cambiantes de estos gases se relacionan con el cambio climático", dijo Caroline Amiot, miembro del equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Tampere.En algunas circunstancias específicas, nuestro método podría permitir una detección más sensible de los gases de efecto invernadero, proporcionando información más precisa sobre estos importantes compuestos químicos ".
Las imágenes fantasma producen imágenes al correlacionar la intensidad de dos haces de luz que, tomados individualmente, no llevan ninguna información significativa sobre la forma del objeto, sino que permiten inferencias indirectas sobre sus propiedades. Este enfoque puede eliminar algunas de las distorsiones asociadascon sistemas de imágenes típicos en entornos hostiles y se ha utilizado para crear imágenes de alta resolución de objetos físicos y, más recientemente, para restaurar señales ultrarrápidas codificadas en escalas de tiempo de picosegundos.
Las moléculas de gas a menudo son escasas y, por lo tanto, solo cambian la transmitancia total de la luz en una pequeña cantidad. Esto significa que generalmente se necesitan potentes fuentes de luz o detectores extremadamente sensibles para detectarlos.
"Debido a que nuestra técnica funciona mediante la detección de una señal integrada que contiene muchas longitudes de onda, a diferencia de una longitud de onda como los métodos de espectroscopía tradicionales, permite mediciones utilizando fuentes de luz menos potentes y en longitudes de onda donde no hay detectores altamente sensibles", dijoAmiot.
Imagen fantasma espectral Las imágenes fantasma crean una imagen espectral, que puede contener la transmisión o el espectro de reflexión de un objeto, al correlacionar dos brazos de un haz de luz: uno que codifica un patrón aleatorio que actúa como referencia de sondeo y el otro que ilumina la muestraEl nuevo enfoque de imágenes fantasmas utiliza una fuente de luz supercontinua, que emite pulsos que contienen muchas longitudes de onda de luz. Los investigadores utilizaron las fluctuaciones aleatorias que ocurren entre los espectros asociados con pulsos consecutivos para crear la referencia necesaria para realizar imágenes espectrales fantasmas.
La luz transmitida a través de una muestra se detecta con un detector rápido sin resolución espectral que proporciona una señal integrada para todas las longitudes de onda del ancho de banda espectral en consideración. La imagen comienza a parecer una burbuja ruidosa, pero una vez que se correlaciona conlas fluctuaciones espectrales de referencia, la imagen espectral comienza a aparecer.
"Es posible reconstruir la imagen espectral sin enviar grandes cantidades de luz a través de la muestra", dijo Amiot. "Esto puede ser muy beneficioso para muestras sensibles a la luz, por ejemplo".
Generando una señal más fuerte
Tradicionalmente, la medición de gases en la atmósfera ha requerido el envío de luz láser de alta potencia a la atmósfera, donde interactúa con el gas ". Para medir qué gas está presente y en qué cantidad, la muy débil señal de luz que llegala parte posterior debe dividirse en varias longitudes de onda para su detección ", dijo Amiot." Esto puede ser problemático cuando la señal es muy débil. Nuestro método detecta todas las longitudes de onda mezcladas, creando una señal mucho más fuerte que permite mediciones más sensibles ".
Los investigadores probaron su técnica usándola para producir una imagen espectral de metano. Las mediciones de imágenes fantasmas reprodujeron perfectamente la serie de líneas de absorción discretas que son las huellas digitales de metano y coincidieron bien con las mediciones de espectroscopía directa más convencionales que los investigadores realizaron paracomparación.
Los investigadores ahora están trabajando en el control de las fluctuaciones espectrales utilizando fuentes de luz preprogramables que eliminarían la necesidad de medir los patrones espectrales de referencia. También están trabajando para utilizar imágenes fantasma de dominio espectral con una configuración de tomografía de coherencia óptica, lo que podríapermitir que se obtenga información sensible de tejidos u otras muestras biológicas sin usar cantidades dañinas de luz.
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Materiales proporcionados por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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