【NEWS】一种用于高灵敏度分子探测的新型中红外光源
摘要：来自德国慕尼黑大学（LMU）和马克思普朗克量子光学所（MPQ）阿秒物理实验室（LAP）的物理学家们最近研发出了高功率、超宽光谱范围的新型中红外超快光源。该光源的研制成功，为医疗、生命科学以及材料分析等众多领域开展新的应用研究开辟了一条全新的途径。
利用中红外光源能够对分子进行高灵敏度的探测。在中红外光的帮助下，研究人员可以寻找到那些塑造以及决定人类生命的粒子。这其中的关键在于中红外光具有能够让分子产生振动这一特性。科学家们正在广泛利用这一特性来分析样品的分子组成。为了让这种分析更加准确，德国慕尼黑大学和马克思普朗克量子光学所阿秒物理实验室的Jinwei Zhang 博士和 Ka Fai Mak 博士与其小组同事们最近开发出一种新型的具有超宽光谱的中红外光源。该光源能够用来帮助探测诸如血液等液体中的极小数量的分子，在相关领域中处于世界领先水平。
当中红外光遇到分子时，分子会发生振动。在这一过程中，每种特定类型的分子会被特定波长的光所激发。绝大多数分子的振动谱线位于 3-20 微米范围内。通过检测这种激发后分子辐射出来的光谱，研究人员可以推断出诸如血液以及呼吸气体等样品的分子组成。中红外光源的光谱越宽、功率越高，则探测以及推断结果的准确性也就越高。
LAP 的物理学家们决定面对这一挑战。他们开发出世界上第一台运转在 2 微米波长的飞秒锁模薄片激光器，该激光器能够在一秒钟发射 77,000,000 个激光脉冲，具有 19 瓦的平均功率。一个脉冲的时间尺度宽度在 300 飞秒左右（1 飞秒=10-15 秒）。基于这一薄片激光器，他们通过非线性变换的方法产生出覆盖 4.5-20 微米范围的光谱（可见光范围是从 0.35-0.7 微米）。几乎囊括了所有分子的振动谱线波长范围。 这是目前为止世界上基于固体激光器得到的最宽的中红外光谱，该光谱如果变换到时间域，可以得到周期量级的脉冲宽度。 这一新型中红外光源同时也为科学家更好地理解固体以及软物质的基础特性打开了大门。通过分析光与物质相互作用之后的光谱，结合中红外光谱学以及显微技术等能够使得研究结果更加精确。
LAP 团队的科学家们将这种新型的中红外光源应用到名为“宽带红外检测”的项目中。在这一框架下，他们对探索血液以及呼吸气体中的分子组成产生了兴趣。这将给早期癌症检测等医学领域带来极大的便利。如果在一个人的血液以及呼吸气体中检测到癌症患者身上才出现的特定分子，便可以此作为初期判断癌症的可靠依据。接下来进一步的检查将是十分必要的。这种用于早期疾病检测的新型工具也已经正在研发之中。 利用中红外光源能够对分子进行高灵敏度的探测。在中红外光的帮助下，研究人员可以寻找到那些塑造以及决定人类生命的粒子。这其中的关键在于中红外光具有能够让分子产生振动这一特性。科学家们正在广泛利用这一特性来分析样品的分子组成。
由 LMU 和 MPQ 科学家研发的激光系统是世界上第一种能够覆盖 4.5-20 微米光谱范围（两个倍频程）的中红外激光光源
原始文献：
[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
英文原文链接：
http://www.munich-photonics.de/public-outreach/news/n/a-keen-sense-for-molecules/
