Les méthodes d'analyse optique sont essentielles à la société moderne car elles permettent l'identification rapide et sûre de substances présentes dans des solides, des liquides ou des gaz. Ces méthodes reposent sur l’interaction différente de la lumière avec ces substances dans différentes parties du spectre. Par exemple, le spectre ultraviolet a un accès direct aux transitions électroniques à l’intérieur d’une substance, tandis que le térahertz est très sensible aux vibrations moléculaires.
Une image artistique du spectre d'impulsions infrarouge moyen en arrière-plan du champ électrique qui génère l'impulsion
De nombreuses technologies développées au fil des années ont permis l’hyperspectroscopie et l’imagerie, permettant aux scientifiques d’observer des phénomènes tels que le comportement des molécules lorsqu’elles se plient, tournent ou vibrent afin de comprendre les marqueurs du cancer, les gaz à effet de serre, les polluants ou encore les substances nocives. Ces technologies ultrasensibles se sont révélées utiles dans des domaines tels que la détection des aliments, la détection biochimique et même le patrimoine culturel, et peuvent être utilisées pour étudier la structure des antiquités, des peintures ou des matériaux sculpturaux.
Un défi de longue date réside dans le manque de sources lumineuses compactes capables de couvrir une plage spectrale aussi large et une luminosité suffisante. Les synchrotrons peuvent fournir une couverture spectrale, mais ils n'ont pas la cohérence temporelle des lasers, et de telles sources lumineuses ne peuvent être utilisées que dans des installations utilisateur à grande échelle.
Dans une étude récente publiée dans Nature Photonics, une équipe internationale de chercheurs de l'Institut espagnol des sciences photoniques, de l'Institut Max Planck des sciences optiques, de l'Université d'État de Kuban et de l'Institut Max Born d'optique non linéaire et de spectroscopie ultrarapide, entre autres, rapporte une source de pilote infrarouge moyen compacte et à haute luminosité. Il combine une fibre de cristal photonique à anneau anti-résonant gonflable avec un nouveau cristal non linéaire. Le dispositif délivre un spectre cohérent de 340 nm à 40 000 nm avec une luminosité spectrale de deux à cinq ordres de grandeur supérieure à celle de l'un des dispositifs synchrotron les plus brillants.
Les études futures utiliseront la durée d'impulsion de faible période de la source lumineuse pour effectuer une analyse temporelle des substances et des matériaux, ouvrant ainsi de nouvelles voies pour les méthodes de mesure multimodales dans des domaines tels que la spectroscopie moléculaire, la chimie physique ou la physique du solide, ont indiqué les chercheurs.
Heure de publication : 16 octobre 2023