分析光學方法對現(xiàn)代社會至關(guān)重要，因為它們允許快速和安全地識別固體、液體或氣體中的物質(zhì)。這些方法依賴于光與這些物質(zhì)在光譜的不同部分發(fā)生不同的相互作用。例如，紫外光譜可以直接訪問物質(zhì)內(nèi)部的電子躍遷，而太赫茲對分子振動非常敏感。

在產(chǎn)生脈沖的電場背景下，中紅外脈沖頻譜的藝術(shù)圖像。

圖片來源：ICFO/L.Maidment, U. Elu & J. Biegert

這些年來許多技術(shù)開發(fā)實現(xiàn)了高光譜和成像，允許科學家觀察諸多現(xiàn)象，例如分子折疊時其行為、旋轉(zhuǎn)或振動以便理解癌癥標記、溫室氣體、污染物，甚至是有害物質(zhì)。這些超靈敏技術(shù)已被證明在食品檢測、生物化學傳感，甚至文化遺產(chǎn)等領域中非常有用，可用于研究古物、繪畫或雕塑材料的結(jié)構(gòu)。

一個長期存在的挑戰(zhàn)是缺乏能夠覆蓋如此大的光譜范圍和足夠亮度的緊湊光源。同步加速器可以提供光譜覆蓋，但它們?nèi)狈す獾臅r間相干性，而且這種光源只能在大規(guī)模用戶設施中使用。

在近日發(fā)表在《自然—光子學》上的一項研究中，西班牙光子科學研究所、德國馬普學會光科學研究所、庫班州立大學、馬克斯波恩非線性光學和超快光譜研究所等機構(gòu)組成的一個國際研究小組，報告了一種結(jié)構(gòu)緊湊、亮度高的中紅外驅(qū)動源，它將充氣反諧振環(huán)光子晶體光纖與新型非線性晶體相結(jié)合。該設備能提供從340 nm到40000 nm的7倍頻相干光譜，光譜亮度比最亮的同步加速器設備之一高2~5個數(shù)量級。

研究人員表示，未來的研究將利用該光源的少周期脈沖持續(xù)時間，進行物質(zhì)和材料的時域分析，從而為分子光譜、物理化學或固體物理等領域的多模態(tài)測量方法開辟新途徑。