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    Nuevo método de alta velocidad para mediciones espectroscópicas

    Imagen conceptual del método de utilizar estados de polarización que varían espectralmente para mediciones espectroscópicas de alta velocidad. Crédito:Frédéric Bouchard / Consejo Nacional de Investigación de Canadá.

    Investigadores de la Universidad de Tampere y sus colaboradores han demostrado cómo se pueden realizar mediciones espectroscópicas mucho más rápido. Al correlacionar la polarización con el color de un láser pulsado, el equipo puede rastrear cambios en el espectro de luz mediante mediciones de polarización simples y extremadamente rápidas. El método abre nuevas posibilidades para medir cambios espectrales en una escala de tiempo de nanosegundos en todo el espectro de colores de la luz.

    En espectroscopia, a menudo los cambios de longitud de onda, es decir, color, de una sonda de luz se miden después de la interacción con una muestra. Estudiar estos cambios es uno de los métodos clave para obtener una comprensión más profunda de las propiedades de los materiales hasta el nivel atómico. Sus aplicaciones van desde observaciones astronómicas y estudios de materiales, a las investigaciones fundamentales de átomos y moléculas.

    El equipo de investigación ha demostrado un método espectroscópico novedoso que tiene el potencial de acelerar las mediciones a velocidades de lectura que son imposibles con los esquemas convencionales. Los resultados ya se han publicado en la prestigiosa revista Optica .

    Las mediciones espectroscópicas generalmente se basan en separar los diferentes componentes de color en diferentes posiciones, donde el espectro puede ser leído por una matriz de detectores similar a un chip de cámara. Si bien este enfoque permite una inspección directa del espectro, es bastante lento debido a la velocidad limitada de la gran matriz de lectura. El nuevo método que implementaron los investigadores evita esta restricción al generar un estado más complejo de luz láser y, por lo tanto, permite un esquema de mediciones más rápido.

    "Nuestro trabajo muestra una forma sencilla de tener diferentes polarizaciones para todos los componentes de color del láser. Al usar esta luz como sonda, simplemente podemos medir la polarización para obtener información sobre los cambios en el espectro de color, "explica la investigadora de doctorado Lea Kopf, autor principal del estudio.

    El truco que utilizan los investigadores es realizar una modulación en el dominio temporal dividiendo coherentemente un pulso femto-segundo de un láser en dos partes, cada una con una polarización diferente ligeramente retrasada en el tiempo entre sí.

    "Esta modulación se puede realizar fácilmente con un cristal de birrefringencia, donde la luz polarizada de manera diferente viaja a diferentes velocidades. Esto conduce a la polarización que cambia espectralmente requerida para nuestro método, "describe el profesor asociado Robert Fickler, quien lidera el grupo de Óptica Cuántica Experimental en el que se realizó el experimento.

    Mediciones espectroscópicas de alta velocidad

    Los investigadores no solo han demostrado cómo se pueden generar estados de luz tan complejos en el laboratorio; también probaron su aplicación en la reconstrucción de cambios espectrales utilizando únicamente análisis de polarización. Como este último solo requiere hasta cuatro mediciones de intensidad simultáneas, Se pueden utilizar unos pocos fotodiodos muy rápidos.

    Usando este enfoque, los investigadores pueden determinar el efecto de las modulaciones de banda estrecha del espectro con una precisión comparable a la de los espectrómetros estándar, pero a alta velocidad. "Sin embargo, no pudimos llevar nuestro esquema de medición al límite en términos de posibles tasas de lectura, ya que estamos limitados por la velocidad de nuestro esquema de modulación a unos pocos millones de muestras por segundo, "continúa Kopf.

    Sobre la base de estos prometedores resultados iniciales, Las tareas futuras incluirán aplicar la idea a más luz de banda ancha, como fuentes de luz súper continuas, y aplicar el esquema en mediciones espectroscópicas de muestras que varían naturalmente rápidamente para aprovechar todo su potencial.

    "Estamos felices de que nuestro interés fundamental en estructurar la luz de diferentes maneras haya encontrado ahora una nueva dirección, lo que parece ser útil para tareas de espectroscopia que generalmente no son nuestro enfoque. Como grupo de óptica cuántica, ya hemos comenzado a discutir cómo aplicar y beneficiarnos de estas ideas en nuestros experimentos de fotónica cuántica, "agrega Fickler.


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