Los investigadores han utilizado un láser de infrarrojo medio extremadamente brillante para realizar una técnica analítica conocida como elipsometría espectroscópica. El nuevo enfoque captura información espectral de alta resolución en menos de un segundo y podría ofrecer nuevos conocimientos sobre las propiedades que cambian rápidamente de una variedad de muestras, desde plásticos hasta materiales biológicos.

La elipsometría espectroscópica mide cómo cambia la polarización de la luz después de interactuar con una muestra. Cuando se realiza en la parte infrarroja del espectro, este enfoque puede revelar información detallada sobre la composición química y la orientación molecular de una muestra.

En la revista The Optical Society (OSA) Letras de óptica , investigadores del Centro de Investigación para Ensayos No Destructivos (RECENDT) GmbH y Johannes Kepler Universität, ambos en Austria, describen cómo incorporaron un láser de cascada cuántica de infrarrojo medio (QCL) en una configuración de elipsometría espectroscópica. Este tipo de láser relativamente nuevo tiene al menos 10, 000 veces más brillante que las fuentes de luz tradicionales utilizadas para elipsometría espectroscópica.

Demostraron que el QCL mejoró en gran medida la calidad de la señal de las mediciones espectroscópicas y acortó el tiempo de adquisición espectral de varias horas a menos de un segundo. con más mejoras posibles a medida que avanza la nueva tecnología láser. También demostraron que la técnica se puede utilizar para el seguimiento en tiempo real de la reorientación molecular a medida que se estira una película de plástico.

"Nuestro método proporciona acceso a las propiedades de la muestra que antes no se podían observar en tiempo real, "dijo Markus Brandstetter, jefe del equipo de investigación de RECENDT. "La elipsometría QCL podría ayudar a mejorar los procesos de fabricación y la calidad del producto resultante. También podría revelar procesos físicos y biológicos previamente no observables que conducirían a nuevos descubrimientos científicos".

Una fuente de luz muy brillante

El QCL de infrarrojo medio utilizado por los investigadores presenta un nivel de brillo que supera incluso el de las fuentes de sincrotrón. que solo están disponibles en instalaciones especializadas. El brillo del láser significa que puede usarse para elipsometría espectroscópica de infrarrojo medio de materiales o sustancias altamente absorbentes, incluidos los disueltos en agua. "Debido a la alta absorbancia del agua en el infrarrojo medio, esto ha sido muy difícil o incluso inconcebible hasta ahora, "dijo Brandstetter.

Las longitudes de onda de emisión del láser se pueden sintonizar en un amplio rango de infrarrojos medios que se adapta perfectamente a los detectores de infrarrojos medios disponibles comercialmente. Otra ventaja es que se puede utilizar para mediciones espectroscópicas sin componentes ópticos costosos y complejos como monocromadores o interferómetros.

"El láser que usamos también ofrece la posibilidad de tamaños de puntos que están restringidos solo por el límite de difracción de la luz, "dijo Jakob Kilgus, miembro del equipo de investigación de RECENDT. "Esto se puede aprovechar para realizar mediciones elipsométricas con altas resoluciones espaciales, que será de interés tanto para la ciencia como para la industria ".

Realización de medidas en tiempo real

Para probar su nuevo sistema, los investigadores lo compararon con un instrumento considerado el estándar de oro de los elipsómetros espectroscópicos infrarrojos comerciales. También realizaron mediciones en tiempo real de la realineación de las cadenas moleculares a medida que se estiraba una película de polipropileno.

"La nueva configuración superó el tiempo de adquisición estándar y la relación señal / ruido en órdenes de magnitud, "dijo Kilgus." Nuestra medición de la película de polipropileno sólo estaba limitada por la velocidad de la etapa utilizada para aplicar la fuerza. Se podrían monitorear procesos mucho más rápidos con la configuración ".

Los investigadores señalan que estos son muy prometedores, pero preliminar, resultados. Planean desarrollar más el instrumento y quieren aprovechar al máximo la posibilidad de los puntos láser de difracción limitada para adquirir imágenes de elipsometría de infrarrojo medio hiperespectrales, que contendrían el espectro completo para cada píxel de la imagen, con tiempos de adquisición razonables.

"Creemos que habrá un gran interés en esta novedosa técnica y la posibilidad de desarrollarla para uso comercial, ", dijo Brandstetter." La resolución de tiempo inferior a un segundo combinada con el alto brillo del láser será útil para numerosas aplicaciones industriales y científicas ".