분석 광학 방법은 고체, 액체 또는 기체 상태의 물질을 신속하고 안전하게 식별할 수 있게 해주기 때문에 현대 사회에 매우 중요합니다. 이러한 방법은 빛이 스펙트럼의 각 영역에서 물질과 다르게 상호 작용하는 원리를 이용합니다. 예를 들어, 자외선 영역은 물질 내부의 전자 전이를 직접적으로 관찰할 수 있는 반면, 테라헤르츠 영역은 분자 진동에 매우 민감합니다.
펄스를 생성하는 전기장을 배경으로 한 중적외선 펄스 스펙트럼의 예술적 이미지
수년에 걸쳐 개발된 여러 기술 덕분에 초분광학 및 이미징 기술이 가능해졌으며, 이를 통해 과학자들은 분자의 접힘, 회전 또는 진동과 같은 현상을 관찰하여 암 표지자, 온실가스, 오염 물질, 심지어 유해 물질까지 이해할 수 있게 되었습니다. 이러한 초고감도 기술은 식품 검출, 생화학 물질 감지, 문화유산 연구 등 다양한 분야에서 유용성이 입증되었으며, 고대 유물, 회화, 조각 재료의 구조를 연구하는 데 활용될 수 있습니다.
오랫동안 해결해야 할 과제는 이처럼 넓은 스펙트럼 범위와 충분한 밝기를 모두 커버할 수 있는 소형 광원의 부족이었습니다. 싱크로트론은 넓은 스펙트럼 범위를 제공할 수 있지만 레이저처럼 시간적 일관성이 부족하고, 이러한 광원은 대규모 사용자 시설에서만 사용할 수 있습니다.
스페인 광자과학연구소, 막스 플랑크 광과학연구소, 쿠반 주립대학교, 막스 본 비선형 광학 및 초고속 분광학 연구소 등을 포함한 국제 연구팀은 최근 네이처 포토닉스(Nature Photonics)에 발표한 연구에서 소형 고휘도 중적외선 구동 광원을 개발했다고 보고했습니다. 이 광원은 팽창식 반공진 링 광자 결정 섬유와 새로운 비선형 결정을 결합한 것입니다. 이 장치는 340nm에서 40,000nm에 이르는 범위에서 기존의 가장 밝은 싱크로트론 광원보다 2~5배 높은 스펙트럼 밝기를 제공하는 결맞음 스펙트럼을 생성합니다.
연구진은 향후 연구에서 광원의 짧은 주기 펄스 지속 시간을 활용하여 물질 및 재료의 시간 영역 분석을 수행함으로써 분자 분광학, 물리화학 또는 고체 물리학과 같은 분야에서 다중 모드 측정 방법을 위한 새로운 길을 열 것이라고 밝혔습니다.
게시 시간: 2023년 10월 16일