Nuovi laser permettono il rilevamento dell’impronta digitale molecolare ad alta sensibilità
Lo spettro elettromagnetico è costituito da tutte le possibili lunghezze d’onda (e frequenze associate) della radiazione elettromagnetica. Mediante tecniche di spettroscopia convenzionali, singole frequenze vengono scansionate una alla volta, fornendo informazioni sul contenuto molecolare. Un pettine di frequenza, la scoperta che ha portato al premio Nobel nel 2005, è uno spettro luminoso in grado di produrre linee spettrali corrispondenti a numerose frequenze e somiglianti ai denti di un pettine. Il progetto METROCOMB (Femtosecond comb optical parametric oscillators for high-resolution spectroscopy in the mid-infrared) ha riunito un gruppo di esperti internazionali nel campo della tecnologia dei laser ultraveloci, dei pettini di frequenza stabilizzati e degli oscillatori ottici parametrici. I membri del progetto hanno sviluppato con successo un laser a pettine di frequenza con oscillatore ottico parametrico, ottenendo un grado di sensibilità e precisione del rilevamento senza precedenti. Noto come laser a pettine di frequenze, il nuovo laser opera nel range infrarosso, in cui i laser a pettine di frequenza standard non possono operare. Quindi, ha il potenziale di trasformare la spettroscopia dell’impronta digitale molecolare, fornendo imaging in tempo reale con identificazione molecolare, rilevando tracce di sostanze chimiche e offrendo analisi mediche. L’oscillatore ottico parametrico stabilendo il pettine al femtosecondo prossimo all’infrarosso è stato pompato da un laser a semiconduttore mode-locked (VECSEL). Invece di produrre luce di una sola lunghezza d’onda, il pettine di frequenza ha prodotta diverse lunghezze d’onda, formando un insieme di frequenze equidistanti. Questi impulsi laser sono stati ultracorti, separati da intervalli di nanosecondi. I membri del progetto sono riusciti a migliorare la stabilità dei pettini nella regione di lunghezza d’onda che va da 1 a 4,5 μm. La compressione degli impulsi nella configurazione VECSEL è stata eseguita in due fasi. Innanzitutto, è stato impiegato un compressore di impulsi nella cavità extra che utilizza due reticoli di diffrazione per ridurre la durata dell’impulso del fascio di uscita laser primario. Nella seconda fase, il team ha usato una fibra a mantenimento di polarizzazione lunga cinque metri, imponendo la modulazione di fase autoindotta sul fascio di uscita che ha ampliato lo spettro. Successivamente, l’impulso spettralmente ampliato è stato compresso di nuovo, mantenendo la durata dell’impulso sotto i 300 fs. Il robusto pettine al femtosecondo ad alta potenza, integrato in una configurazione laser compatta, portatile e conveniente sviluppata nell’ambito del progetto METROCOMB, potrebbe rivoluzionare il monitoraggio industriale e ambientale, così come la diagnosi medica e i sistemi di sicurezza.
Parole chiave
Impronta digitale molecolare, pettine di frequenze, laser, infrarossi, spettroscopia, metrologia
