Los métodos ópticos analíticos son fundamentales para la sociedad moderna, ya que permiten la identificación rápida y segura de sustancias en sólidos, líquidos o gases. Estos métodos se basan en la interacción diferente de la luz con dichas sustancias en distintas partes del espectro. Por ejemplo, el espectro ultravioleta permite el acceso directo a las transiciones electrónicas dentro de una sustancia, mientras que el espectro de terahercios es muy sensible a las vibraciones moleculares.
Una imagen artística del espectro del pulso infrarrojo medio en el fondo del campo eléctrico que genera el pulso.
Numerosas tecnologías desarrolladas a lo largo de los años han posibilitado la hiperespectroscopia y la obtención de imágenes, permitiendo a los científicos observar fenómenos como el comportamiento de las moléculas al plegarse, girar o vibrar, con el fin de comprender marcadores de cáncer, gases de efecto invernadero, contaminantes e incluso sustancias nocivas. Estas tecnologías ultrasensibles han demostrado su utilidad en áreas como la detección de alimentos, la detección bioquímica e incluso el patrimonio cultural, y pueden utilizarse para estudiar la estructura de antigüedades, pinturas o materiales escultóricos.
Un desafío persistente ha sido la falta de fuentes de luz compactas capaces de cubrir un rango espectral tan amplio y con suficiente brillo. Los sincrotrones pueden proporcionar cobertura espectral, pero carecen de la coherencia temporal de los láseres, y dichas fuentes de luz solo pueden utilizarse en instalaciones de gran escala para usuarios.
En un estudio reciente publicado en Nature Photonics, un equipo internacional de investigadores del Instituto Español de Ciencias Fotónicas, el Instituto Max Planck de Ciencias Ópticas, la Universidad Estatal de Kubán y el Instituto Max Born de Óptica No Lineal y Espectroscopia Ultrarrápida, entre otros, presentan una fuente de excitación compacta y de alto brillo en el infrarrojo medio. Esta fuente combina una fibra de cristal fotónico de anillo antirresonante inflable con un novedoso cristal no lineal. El dispositivo ofrece un espectro coherente de 340 nm a 40 000 nm con un brillo espectral entre dos y cinco órdenes de magnitud superior al de uno de los dispositivos de sincrotrón más brillantes.
Según los investigadores, futuros estudios utilizarán la duración del pulso de período corto de la fuente de luz para realizar análisis en el dominio del tiempo de sustancias y materiales, lo que abrirá nuevas vías para métodos de medición multimodales en áreas como la espectroscopia molecular, la química física o la física del estado sólido.
Fecha de publicación: 16 de octubre de 2023