Исследователи разработали новую сверхбыструю лазерную платформу для генерации ультрафиолетовых частотных гребенок с беспрецедентным количеством линий, что может привести к более точному анализу в спектроскопии и других научных областях.

Исследователи создали новую лазерную платформу, генерирующую ультрафиолетовые (УФ) частотные гребенки с миллионом линий, обеспечивая сверхвысокое спектральное разрешение. Эта разработка может стать прорывом в атомной и молекулярной спектроскопии, благодаря возможности точно измерять и анализировать частоты света.

Оптические частотные гребенки, излучающие тысячи спектральных линий с регулярным интервалом, уже преобразили такие области, как метрология и точное хронометрирование, за что их создатели удостоились Нобелевской премии по физике в 2005 году. Изначально гребенки покрывали диапазоны от видимого до ближнего инфракрасного света, но позже были адаптированы для УФ-диапазона.

«Обеспечение как широкого спектрального охвата, так и высокого разрешения в УФ-диапазоне остаётся сложной задачей», — отметил Константин Водопьянов из CREOL, Колледжа оптики и фотоники Университета Центральной Флориды. В новом исследовании, опубликованном в журнале Optica, учёные представили систему, создающую свет в двух широких УФ-диапазонах, с разрешением до 10 миллионов при межстрочном расстоянии всего 80 МГц.

УФ-спектроскопия высокого разрешения позволяет изучать электронные переходы в атомах и молекулах, что делает её полезной для химического анализа, фотохимии, исследования атмосферы и экзопланет, где важно одновременно выявлять множество особенностей поглощения. Для такой точности спектроскопии исследователям потребовался метод, превосходящий возможности стандартных спектрометров.

Команда обратилась к двухгребенчатой спектроскопии, объединяя два частотных гребня с небольшими различиями в интервале на одном детекторе, что позволяет создавать интерферограммы и восстанавливать весь спектр с высоким разрешением, используя преобразование Фурье.

«Двухгребенчатая спектроскопия значительно продвинулась за последнее десятилетие, особенно в среднеинфракрасном и терагерцовом диапазонах, но УФ-диапазон оставался проблемной областью», — добавил Водопьянов. Чтобы устранить этот пробел, исследователи разработали лазерную платформу, генерирующую высококогерентные импульсы на длине волны 2,4 мкм.

Используя нелинейный кристалл, они создали шестую и седьмую гармоники, расширяя спектральные диапазоны: шестая гармоника охватывает около миллиона спектральных линий, а седьмая — примерно 550 000. Эти диапазоны охватывают длины волн от 372 до 410 нм и от 325 до 342 нм соответственно.

С помощью двухгребенчатой системы УФ-частотной гребенки учёные смогли синхронизировать спектральные линии с атомными часами, что открыло возможность проведения высокоточных спектроскопических измерений для сложных научных приложений.    В демонстрации метода исследователи использовали свою систему для измерения спектра отражения брэгговской решетки, достигнув разрешающей способности 10 миллионов — значительно превышая возможности современных спектрометров.

В дальнейшем команда планирует адаптировать технологию для ещё более коротких УФ-волн, потенциально до 100 нм.

Источник: Optica