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, funciona 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) Letras de óptica , los investigadores informan sobre su enfoque para expandir las técnicas de imágenes fantasma para producir mediciones espectrales muy eficientes que revelan 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 luz dependiente de la longitud de onda transmitida a través de muestras y demostrar que la técnica puede medir la firma espectral del gas de efecto invernadero metano con una resolución subnanométrica.

"El seguimiento de los gases de efecto invernadero atmosféricos como el metano, dióxido de carbono, El óxido nitroso y el ozono son importantes para evaluar cómo se relacionan los niveles cambiantes de estos gases 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 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, tomado individualmente, no llevan ninguna información significativa sobre la forma del objeto, sino permitir inferencias indirectas sobre sus propiedades. Este enfoque puede eliminar algunas de las distorsiones asociadas con los 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 luz en una pequeña cantidad. Esto significa que generalmente se necesitan fuentes de luz potentes o detectores extremadamente sensibles para detectarlos.

"Debido a que nuestra técnica funciona detectando una señal integrada que contiene muchas longitudes de onda, a diferencia de una longitud de onda como los métodos tradicionales de espectroscopia, permite realizar mediciones utilizando fuentes de luz menos potentes y en longitudes de onda donde no se dispone de detectores de alta sensibilidad. "dijo Amiot.

Imágenes de fantasmas espectrales La imagen fantasma crea una imagen espectral, que puede contener el espectro de transmisión o reflexión de un objeto, correlacionando 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 muestra. El nuevo enfoque de imágenes fantasma utiliza una fuente de luz supercontinua, que emite pulsos que contienen cada uno muchas longitudes de onda de luz. Los investigadores utilizaron las fluctuaciones aleatorias que se producen entre los espectros asociados con pulsos consecutivos para crear la referencia necesaria para realizar imágenes de fantasmas espectrales.

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 pareciendo una mancha ruidosa, pero una vez que se correlaciona con las 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 las muestras sensibles a la luz, por ejemplo."

Generando una señal más fuerte

La realización de mediciones de gases en la atmósfera ha requerido tradicionalmente enviar luz láser de alta potencia a la atmósfera, donde interactúa con el gas. "Para medir qué gas está presente y en qué cantidad, la señal de luz muy débil que regresa debe dividirse aún más 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 fantasma reprodujeron perfectamente la serie de líneas de absorción discretas que son las huellas dactilares del metano y coincidieron bien con las mediciones de espectroscopía directa más convencionales que los investigadores realizaron para comparar.

Los investigadores ahora están trabajando para controlar 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 podría permitir obtener información sensible de tejidos u otras muestras biológicas sin utilizar cantidades dañinas de luz.