研究人员使用极亮的中红外激光来执行称为光谱椭偏仪的分析技术。这种新方法可在不到一秒的时间内捕获高分辨率光谱信息，并可提供从塑料到生物材料的各种样品快速变化特性的新见解。
光谱椭偏仪测量光与样品相互作用后的偏振变化。当在光谱的红外部分中进行时，该方法可以揭示关于样品的化学组成和分子取向的详细信息。
在光学学会(OSA)期刊Optics Letters中，来自奥地利的无损检测研究中心(RECENDT)和JohannesKeplerUniversität的研究人员描述了他们如何将中红外量子级联激光器(QCL)纳入光谱学椭圆偏光设置。这种相对较新型的激光器比用于光谱椭偏仪的传统光源亮至少10,000倍。
他们表明，QCL极大地改善了光谱测量的信号质量，并将光谱采集时间从几小时缩短到不到一秒，随着新激光技术的发展，可以进一步改进。他们还证明，当拉伸塑料薄膜时，该技术可用于分子重定向的实时监测。
“我们的方法提供了以前无法实时观察到的样本属性，”RECENDT研究小组负责人Markus Brandstetter说。“QCL椭偏仪可以帮助改善制造工艺和最终产品的质量。它还可能揭示以前不可观察的物理和生物过程，这将导致新的科学发现。”
一个非常明亮的光源
研究人员使用的中红外QCL的亮度水平甚至超过同步加速器源的亮度水平，只有专业设施才能使用。激光的亮度意味着它可以用于高吸收性材料或物质的中红外光谱椭偏仪，包括溶解在水中的物质或物质。“由于水的中红外吸收率很高，到目前为止这一直非常困难甚至是不可想象的，”Brandstetter说。
激光器的发射波长可以在广泛的中红外范围内进行调谐，与市售的中红外探测器完美匹配。另一个优点是它可以用于光谱测量而无需昂贵和复杂的光学元件，例如单色器或干涉仪。
“我们使用的激光器还提供了仅受光的衍射极限限制的光斑尺寸的可能性，”RECENDT研究团队成员Jakob Kilgus说。“这可以用于具有高空间分辨率的椭偏测量，这对于科学和工业都是有意义的。”
进行实时测量
为了测试他们的新系统，研究人员将其与被认为是商用红外光谱椭偏仪的黄金标准的仪器进行了比较。当拉伸聚丙烯薄膜时，他们还对分子链的重新排列进行了实时测量。
“新的设置比标准的采集时间和信噪比高出几个数量级，”Kilgus说。“我们对聚丙烯薄膜的测量仅受用于施加力的阶段的速度的限制。可以通过设置监控更快的过程。”
研究人员指出，这些是非常有希望的，但初步的结果。他们计划进一步开发该仪器，并希望充分利用衍射受限激光点的可能性，以获得高光谱中红外椭圆测量图像 - 其中包含图像每个像素的整个光谱 - 具有合理的采集时间。
“我们相信人们会对这种新技术以及将其开发用于商业用途的兴趣浓厚，”Brandstetter说。“亚秒级时间分辨率与激光的高亮度相结合，将有助于众多工业和科学应用。”