Kvantelys -teknik dobbeltes spektroskopi -følsomhed og afslører skjulte signaler

Et internationalt team af ingeniører og fysikere har fundet en måde at bruge kvantelys til at forbedre ydelsen af ​​banebrydende spektroskopi.

Deres nye teknik muliggør målinger af infrarøde elektriske felter, der er dobbelt så følsomme som tidligere udviklinger i en proces kaldet tidsdomænespektroskopi.

Forskerne siger, at deres arbejde kunne hjælpe med at åbne nye applikationer inden for sikkerhed og medicinsk diagnostik.

I øjeblikket bruger tidsdomæne-spektroskopi ultra-short-pulser af laserlys, der passerer eller afspejles fra prøver af materialer. Processen muliggør præcise målinger af materialets molekylære sammensætning over tid, hvilket ikke er muligt med andre former for spektroskopi.

Nylig forskning fra 2023 Nobelprisvinder Ferenc Krausz’s team viste, at tidsdomænespektroskopi kunne bruges til at påvise tidlige tegn på sygdomme som kræft i blodprøver.

Imidlertid har tidsdomænespektroskopi’s afhængighed af klassiske lyskilder til at undersøge prøver begrænset sin opløsning på grund af en egenskab ved laserlyset kendt som “skudstøj.” Denne iboende begrænsning af klassisk lys betyder, at støj over et specifikt punkt overhaler signalet og yderligere information om prøvernes sammensætning ikke kan gendannes.

Holdets nye udvikling bruger kvantelys til at gå ud over grænserne for klassisk lys. De brugte par laserimpulser, der blev tvunget med hinanden gennem kvantemekanik for at undersøge et infrarødt felt.

Mens begge bjælker påvirkes af skudstøj, spejles indholdet af støj lige i begge dele. Når resultaterne af den ene stråle måling trækkes fra den anden, afsløres signaler, der ville blive skjult af skudstøj i klassisk lys, hvilket muliggør mere følsomme målinger. Holdet siger, at deres nye tilgang er omkring halvdelen så støjende som tidsdomæne-spektroskopi-resultater produceret af klassisk lys, hvilket gør det dobbelt så følsomt.

Professor Matteo Clerici fra University of Glasgow’s James Watt School of Engineering og University of Insubria er papirets tilsvarende forfatter. Han sagde, “Selvom teknologien stadig udvikler sig, kan spektroskopi i den fremtidige tidsdomæne-spektroskopi hjælpe os med bedre at forstå, hvilke materialer der er lavet af, detektere forurenende stoffer eller spor af farligt materiale som sprængstof i atmosfæren eller undersøge koncentrationen af ​​molekyler af alvorlige Sygdomme hos patienters blodprøver.

“Vi har arbejdet i flere år nu for at anvende kvantemålingsteknikker på tidsdomænespektroskopi, og dette papir demonstrerer effektiviteten af ​​kvantestråling for at øge teknikens følsomhed.

“Glasgow Ph.D. -studerende Dionysisys Adamou og Lennart Hirsch arbejdede hårdt for at få dette til at ske, og de næste skridt for os er at se på måder at forbedre teknikken ud over, hvad vi har været i stand til at opnå hidtil. Det vil sandsynligvis involvere Tilpasning af interferometri -teknikker som dem, der bruges i gravitationsbølgedetektorer for at forbedre følsomheden af ​​processen. “

Forskere fra Loughborough University og University of Strathclyde bidrog også til udviklingen af ​​den nye teknik. Holdets papir, med titlen “Quantum-forbedret tidsdomæne-spektroskopi”, udgives i Videnskab fremmer.