【NEWS】一種用于高靈敏度分子探測的新型中紅外光源
摘要：來自德國慕尼黑大學(xué)（LMU）和馬克思普朗克量子光學(xué)所（MPQ）阿秒物理實驗室（LAP）的物理學(xué)家們最近研發(fā)出了高功率、超寬光譜范圍的新型中紅外超快光源。該光源的研制成功，為醫(yī)療、生命科學(xué)以及材料分析等眾多領(lǐng)域開展新的應(yīng)用研究開辟了一條全新的途徑。
利用中紅外光源能夠?qū)Ψ肿舆M行高靈敏度的探測。在中紅外光的幫助下，研究人員可以尋找到那些塑造以及決定人類生命的粒子。這其中的關(guān)鍵在于中紅外光具有能夠讓分子產(chǎn)生振動這一特性。科學(xué)家們正在廣泛利用這一特性來分析樣品的分子組成。為了讓這種分析更加準確，德國慕尼黑大學(xué)和馬克思普朗克量子光學(xué)所阿秒物理實驗室的Jinwei Zhang 博士和 Ka Fai Mak 博士與其小組同事們最近開發(fā)出一種新型的具有超寬光譜的中紅外光源。該光源能夠用來幫助探測諸如血液等液體中的極小數(shù)量的分子，在相關(guān)領(lǐng)域中處于世界領(lǐng)先水平。
當中紅外光遇到分子時，分子會發(fā)生振動。在這一過程中，每種特定類型的分子會被特定波長的光所激發(fā)。絕大多數(shù)分子的振動譜線位于 3-20 微米范圍內(nèi)。通過檢測這種激發(fā)后分子輻射出來的光譜，研究人員可以推斷出諸如血液以及呼吸氣體等樣品的分子組成。中紅外光源的光譜越寬、功率越高，則探測以及推斷結(jié)果的準確性也就越高。
LAP 的物理學(xué)家們決定面對這一挑戰(zhàn)。他們開發(fā)出世界上第一臺運轉(zhuǎn)在 2 微米波長的飛秒鎖模薄片激光器，該激光器能夠在一秒鐘發(fā)射 77,000,000 個激光脈沖，具有 19 瓦的平均功率。一個脈沖的時間尺度寬度在 300 飛秒左右（1 飛秒=10-15 秒）。基于這一薄片激光器，他們通過非線性變換的方法產(chǎn)生出覆蓋 4.5-20 微米范圍的光譜（可見光范圍是從 0.35-0.7 微米）。幾乎囊括了所有分子的振動譜線波長范圍。 這是目前為止世界上基于固體激光器得到的最寬的中紅外光譜，該光譜如果變換到時間域，可以得到周期量級的脈沖寬度。 這一新型中紅外光源同時也為科學(xué)家更好地理解固體以及軟物質(zhì)的基礎(chǔ)特性打開了大門。通過分析光與物質(zhì)相互作用之后的光譜，結(jié)合中紅外光譜學(xué)以及顯微技術(shù)等能夠使得研究結(jié)果更加精確。
LAP 團隊的科學(xué)家們將這種新型的中紅外光源應(yīng)用到名為“寬帶紅外檢測”的項目中。在這一框架下，他們對探索血液以及呼吸氣體中的分子組成產(chǎn)生了興趣。這將給早期癌癥檢測等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來極大的便利。如果在一個人的血液以及呼吸氣體中檢測到癌癥患者身上才出現(xiàn)的特定分子，便可以此作為初期判斷癌癥的可靠依據(jù)。接下來進一步的檢查將是十分必要的。這種用于早期疾病檢測的新型工具也已經(jīng)正在研發(fā)之中。 利用中紅外光源能夠?qū)Ψ肿舆M行高靈敏度的探測。在中紅外光的幫助下，研究人員可以尋找到那些塑造以及決定人類生命的粒子。這其中的關(guān)鍵在于中紅外光具有能夠讓分子產(chǎn)生振動這一特性。科學(xué)家們正在廣泛利用這一特性來分析樣品的分子組成。
由 LMU 和 MPQ 科學(xué)家研發(fā)的激光系統(tǒng)是世界上第一種能夠覆蓋 4.5-20 微米光譜范圍（兩個倍頻程）的中紅外激光光源
原始文獻：
[1] Jinwei Zhang, Ka Fai Mak, Nathalie Nagl, Marcus Seidel, Dominik Bauer, Dirk Sutter, Vladimir Pervak, Ferenc Krausz, and Oleg Pronin Multi-mW, few-cycle mid-infrared continuum spanning from 500 to 2250 cm-1 Light: Science and Applications (2018) 7, 17180; doi:10.1038/lsa.2017.180
英文原文鏈接：
http://www.munich-photonics.de/public-outreach/news/n/a-keen-sense-for-molecules/
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