Los científicos aceleran el análisis espectroscópico
"Esta innovación amplía la aplicación de la detección comprimida a la medición espectroscópica en tiempo real"
La espectroscopia láser ultrarrápida permite determinar la dinámica en escalas de tiempo extremadamente cortas, lo que la convierte en una herramienta muy útil en muchas aplicaciones científicas e industriales. Uno de sus principales inconvenientes es el considerable tiempo de medición que suele requerir esta técnica, lo que a menudo da lugar a largos tiempos de adquisición que abarcan desde minutos hasta horas. Los investigadores han desarrollado una técnica para acelerar el análisis espectroscópico. Los resultados del proyecto dirigido por Hanieh Fattahi, jefa del grupo de investigación del Instituto Max-Planck de la Ciencia de la Luz, en colaboración con socios industriales de Alemania y Francia, se han publicado recientemente en la revista Journal of Ultrafast Science.
Resumen visual de la detección comprimida de huellas moleculares resueltas en campo.
@ Hanieh Fattahi / MPL Reprint von DOI: 10.34133/ultrafastscience
Los pulsos ultracortos desempeñan un papel importante en las aplicaciones espectroscópicas. Su amplio ancho de banda espectral permite caracterizar simultáneamente la muestra a varias frecuencias, eliminando la necesidad de repetir las mediciones o de sintonizar el láser. Además, su confinamiento temporal extremo permite aislar temporalmente la respuesta de la muestra del pulso de excitación principal. Esta respuesta, que contiene información espectroscópica exhaustiva, dura de decenas de femtosegundos a nanosegundos (de 10-15 a 10-9 segundos) y suele sondearse mediante un pulso más corto con distintos retardos. Cuando se combina con otras técnicas, como la espectroscopia coherente multidimensional o las imágenes hiperespectrales, la espectroscopia ultrarrápida facilita la identificación de componentes desconocidos. Sin embargo, la ambición de realizar mediciones en tiempo real se enfrenta a obstáculos, principalmente debido al extenso registro de datos necesario en todo el espectro de gran ancho de banda para cada píxel, lo que introduce retrasos considerables en la captura de datos, prolonga el tiempo de procesamiento y aumenta el volumen de datos.
Los investigadores han desarrollado una técnica para acelerar el análisis espectroscópico. Kilian Scheffter, estudiante de doctorado que trabaja con Hanieh Fattahi, jefe del grupo de "Fieldoscopia de femtosegundos" del MPL, explica: "La respuesta de las moléculas a pulsos de excitación ultracortos suele ser dispersa en muchas muestras, lo que implica que la respuesta se produce sólo en frecuencias específicas conocidas como huellas moleculares. Mediante la aleatorización estratégica de los puntos de medición en el tiempo, un enfoque establecido denominado detección comprimida puede reconstruir eficazmente la señal utilizando menos puntos de datos que el límite dictado por el criterio de Nyquist. Sin embargo, el principal reto ha sido cambiar aleatoriamente el solapamiento temporal de los pulsos de la sonda y los pulsos de excitación de femtosegundo. En colaboración con nuestros socios de Alemania y Francia, hemos empleado con éxito ondas acústicas para modular aleatoriamente este solapamiento temporal. Esta innovación amplía la aplicación de la detección comprimida a la medición espectroscópica en tiempo real."
"La espectroscopia acelerada en el dominio del tiempo ofrece varias ventajas, por ejemplo para simplificar la obtención de imágenes sin etiquetas de muestras frágiles, la vigilancia medioambiental en tiempo real y el diagnóstico al aire libre de gases tóxicos y peligrosos, y la fieldoscopia molecular", afirma la Dra. Hanieh Fattahi.
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