วิธีการวิเคราะห์ทางแสงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสังคมสมัยใหม่ เนื่องจากช่วยให้สามารถระบุสารในของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซได้อย่างรวดเร็วและปลอดภัย วิธีการเหล่านี้อาศัยการที่แสงมีปฏิสัมพันธ์กับสารเหล่านั้นแตกต่างกันในแต่ละช่วงของสเปกตรัม ตัวอย่างเช่น สเปกตรัมอัลตราไวโอเลตสามารถเข้าถึงการเปลี่ยนสถานะอิเล็กตรอนภายในสารได้โดยตรง ในขณะที่เทราเฮิร์ตซ์มีความไวต่อการสั่นสะเทือนของโมเลกุลมาก
ภาพเชิงศิลปะของสเปกตรัมพัลส์อินฟราเรดช่วงกลาง โดยมีสนามไฟฟ้าที่สร้างพัลส์เป็นฉากหลัง
เทคโนโลยีมากมายที่พัฒนาขึ้นตลอดหลายปีที่ผ่านมาได้ช่วยให้สามารถทำการวิเคราะห์สเปกตรัมและสร้างภาพด้วยความละเอียดสูง ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสังเกตปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น พฤติกรรมของโมเลกุลขณะที่พับตัว หมุน หรือสั่น เพื่อทำความเข้าใจตัวบ่งชี้มะเร็ง ก๊าซเรือนกระจก มลพิษ และแม้แต่สารอันตราย เทคโนโลยีที่มีความไวสูงเป็นพิเศษเหล่านี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์ในด้านต่างๆ เช่น การตรวจจับอาหาร การตรวจจับทางชีวเคมี และแม้แต่ด้านมรดกทางวัฒนธรรม และสามารถนำมาใช้ศึกษาโครงสร้างของโบราณวัตถุ ภาพวาด หรือวัสดุที่ใช้ในการแกะสลักได้
ความท้าทายที่มีมาอย่างยาวนานคือการขาดแคลนแหล่งกำเนิดแสงขนาดกะทัดรัดที่สามารถครอบคลุมช่วงสเปกตรัมที่กว้างและมีความสว่างเพียงพอ เครื่องซินโครตรอนสามารถให้การครอบคลุมสเปกตรัมได้ แต่ขาดความสอดคล้องทางเวลาของเลเซอร์ และแหล่งกำเนิดแสงดังกล่าวสามารถใช้ได้เฉพาะในสถานบริการขนาดใหญ่เท่านั้น
ในการศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Photonics ทีมวิจัยนานาชาติจากสถาบันวิทยาศาสตร์โฟตอนิกส์แห่งสเปน สถาบันวิทยาศาสตร์เชิงแสงแม็กซ์พลังค์ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐคูบัน และสถาบันแม็กซ์บอร์นเพื่อทัศนศาสตร์แบบไม่เชิงเส้นและสเปกโทรสโกปีความเร็วสูง รวมถึงสถาบันอื่นๆ ได้รายงานเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรดช่วงกลางขนาดกะทัดรัดและมีความสว่างสูง โดยเป็นการผสมผสานเส้นใยคริสตัลโฟตอนิกส์แบบวงแหวนต้านการสั่นพ้องที่สามารถพองตัวได้เข้ากับคริสตัลแบบไม่เชิงเส้นชนิดใหม่ อุปกรณ์นี้ให้สเปกตรัมที่สอดคล้องกันตั้งแต่ 340 นาโนเมตรถึง 40,000 นาโนเมตร ด้วยความสว่างของสเปกตรัมสูงกว่าอุปกรณ์ซินโครตรอนที่สว่างที่สุดบางชนิดถึงสองถึงห้าอันดับความสว่าง
นักวิจัยกล่าวว่า การศึกษาในอนาคตจะใช้ระยะเวลาพัลส์ที่มีคาบสั้นของแหล่งกำเนิดแสงเพื่อทำการวิเคราะห์สารและวัสดุในโดเมนเวลา ซึ่งจะเปิดโอกาสใหม่ๆ สำหรับวิธีการวัดแบบหลายโหมดในสาขาต่างๆ เช่น สเปกโทรสโกปีระดับโมเลกุล เคมีเชิงฟิสิกส์ หรือฟิสิกส์ของของแข็ง
วันที่โพสต์: 16 ตุลาคม 2566