La espectroscopia tiene sus raíces en la curiosidad de principios del siglo XIX sobre las interacciones entre la materia y la radiación electromagnética. Gracias a los avances en electrónica y ciencia de los materiales, Varias técnicas de espectroscopia se utilizan ahora de forma rutinaria para estudiar la composición de los materiales y la naturaleza de sus enlaces químicos mediante el análisis de cómo absorben o reflejan las ondas electromagnéticas.

Los diferentes materiales tienen diferentes perfiles de absorción en una amplia gama de frecuencias. Algunas características importantes en ciertos sistemas moleculares, como los enlaces de hidrógeno en sistemas acuosos o el autoensamblaje de proteínas, pueden apreciarse en sus perfiles de absorción solo en frecuencias del orden de terahercios (THz, 1000 mil millones de Hertz), un rango de infrarrojo cercano. Los científicos han estado desarrollando activamente técnicas de espectroscopía compatibles con frecuencias tan altas, y uno prometedor se llama espectroscopia de doble peine THz.

Aunque este método ofrece muchas ventajas sobre otros en el rango de terahercios, su uso ha sido limitado debido a la alta complejidad del sistema de medición, que normalmente requiere dos láseres estables independientes como fuentes de radiación. Ahora, investigadores de la Universidad de Tokushima, Japón, Universidad de Beihang, Porcelana, y Université du Littoral Côte d'Opale, Francia, han informado de un esquema novedoso para la espectroscopía de doble peine THz que requiere solo una fuente de láser única y, al mismo tiempo, proporciona una resolución excepcional.

Para comprender los principales aspectos de su método, ayuda a comprender los conceptos básicos de la espectroscopia de doble peine THz. El término "doble peine" se refiere al hecho de que el láser pulsa, cuando se traza frente a la frecuencia, parece una serie de picos igualmente espaciados (líneas espectrales) en un amplio rango de frecuencia en la región de terahercios, y por lo tanto un "peine". En espectroscopia de doble peine, Se utilizan dos láseres con "peines" ligeramente diferentes para medir el perfil de absorción de una muestra. Debido a la naturaleza del sistema, la señal que realmente se mide, que resulta de la "mezcla" de los dos peines, ocupa un rango de frecuencia mucho más bajo pero aún refleja toda la información de interés de alta frecuencia. El uso de dos láseres, sin embargo, puede resultar en un problema con el control de estabilización.

Para abordar el problema de la estabilización, los investigadores utilizaron un solo láser para producir los dos peines. Sin embargo, cuando ambos peines son producidos por la misma fuente láser, un "jitter" o inestabilidad de temporización difumina la información de alta frecuencia reflejada en la señal final de baja frecuencia que se mide. Corrigieron este fenómeno indeseable mediante el uso de una técnica llamada muestreo adaptativo , mediante el cual la señal que se va a adquirir digitalmente no se muestrea en períodos de tiempo iguales sino en momentos específicos calculados para minimizar cualquier desviación o error en la sincronización relativa entre peines.

Para demostrar su método, los investigadores realizaron mediciones en una mezcla de aire y el compuesto acetonitrilo. Este gas especial exhibe rasgos característicos cuando se irradia con radiación de terahercios y, Más importante, estas características varían ligeramente con la presión. Debido a que estas variaciones son muy pequeñas, Los enfoques previos de espectroscopía de doble peine que usaban un solo láser no pudieron detectarlos debido a su resolución limitada. A diferencia de, los investigadores podrían utilizar el esquema propuesto en este estudio para observar con precisión muchas de estas características. Informan de un ancho de línea de absorción notablemente estrecho (25 MHz), el primero logrado con un láser de fibra de doble peine.

Los investigadores ya están trabajando en otra técnica complementaria que podría impulsar aún más la resolución de la espectroscopia de doble peine THz con un solo láser. La reducción de la complejidad del sistema resultante de su uso de la técnica de muestreo adaptativo podría ampliar las áreas de aplicación de la espectroscopia THz precisa, proporcionando a los científicos una herramienta poderosa pero simple para explorar más a fondo el mundo material.