Frekventni češalj

Posljednjih desetak godina laserske spektroskopije označio je izvanredan napredak u područjima ultrabrze optike i optičke frekventne metrologije temeljen na mogućnosti precizne kontrole optičkog zračenja femtosekundnih lasera. Optički spektar tih lasera čini velik broj diskretnih, pravilno raspoređenih, oštrih linija različite valne duljine (frekvencije) – otkuda i dolazi ime frekventni češalj. Frekventni češalj femtosekundnog lasera može se koristiti kao frekventno ravnalo za mjerenje optičkih frekvencija, na isti način na koji se ravnalo koristi za mjerenje duljine.

Optički frekventni češalj je idealan izvor svjetlosti za širokopojasnu spektroskopiju s optičkim rezonatorom. Njegov spektar se proteže i po nekoliko stotina nanometara što omogućuje istraživanje više različitih spojeva istovremeno, dok vrlo točno definirana struktura modova frekventnog češlja omogućuje visokorazlučivu spektroskopiju. Također, frekventni se češalj može vrlo učinkovito vezati s rezonantnim modovima optičkog rezonatora, čime se već navedenim značajkama pridodaje i ultravisoka osjetljivost. Navedene karakteristike čine rezonatorom pojačanu spektroskopiju frekventnim češljem (Cavity Enhanced Frequency Comb Spectroscopy – CEFCS) idealnom tehnikom za optičku detekciju molekula u tragovima, s vrlo širokim područjem primjene kao npr.:

• medicinska analiza ljudskog daha – dijagnostika bolesti detekcijom prisutnosti molekula biomarkera u dahu pacijenta;
• otkrivanje eksplozivnih materijala i biološki opasnih ili štetnih tvari;
• kontrola kvalitete zraka.

U CEFCS tehnici se optički frekventni češalj veže s visoko-kvalitetnim optičkim rezonatorom koji sadrži nepoznate atome i molekule. Nepoznati spojevi unutar rezonatora apsorbiraju svjetlost točno određenih valnih duljina koje su karakteristične i jedinstvene za pojedine atome i molekule. Vezanje frekventnog češlja i rezonatora pritom omogućuje dramatično povećanje duljine optičkog puta svjetlosti u uzorku rezultirajući ultra-visokom osjetljivošću detekcije. Svjetlost koja izlazi iz rezonatora moguće je tada spektralno analizirati i identificirati apsorpcijske linije, čime se ostvaruje jednoznačna analiza nepoznatih atoma i molekula unutar rezonatora.