Language
Country/Area
No result found
Знаете ли вы, как CARS использует три лазерных луча для создания удивительных сигналов?
В современной науке достижения оптических технологий предоставили нам возможность глубже понять структуру и поведение материи. Среди них когерентная антистоксова спектроскопия комбинационного рассеяния (КАРС) как точный спектроскопический метод привлек широкое внимание научного сообщества. CARS сочетает в себе мощные возможности генерации сигналов со способностью обнаруживать характеристики молекулярных колебаний, что делает его важным в таких областях, как химия, физика и биомедицина.
Технология CARS, обладающая сверхвысокой чувствительностью и молекулярной селективностью, позволяет нам обнаруживать присутствие следовых количеств веществ и стала одним из достижений оптических исследований, которые дополняют друг друга в научных сообществах Востока и Запада.
Основные принципы CARS
CARS — это нелинейный оптический процесс третьего порядка, в котором задействованы три лазерных луча: луч накачки, стоксов луч и зондирующий луч. При взаимодействии этих трех лучей внутри образца генерируется когерентный оптический сигнал на антистоксовой частоте. Суть этого процесса заключается в том, что разница частот между светом накачки и стоксовым светом (ωp−ωS) должна соответствовать частоте резонанса Рамана внутри материала для эффективного усиления сигнала.
Фактически, спектроскопия CARS измеряет качество колебательных характеристик путем когерентной фокусировки сигналов, генерируемых несколькими молекулами, а не просто их произвольного сложения.
Техническая история
Концепция CARS была впервые предложена в 1965 году двумя исследователями из научной лаборатории Ford Motor Company, П. Д. Мейкером и Р. У. Терхьюном. В своих экспериментах они использовали импульсные рубиновые лазеры и впервые сообщили о явлении CARS. После нескольких лет разработки термин CARS был официально назван Бегли и его коллегами из Стэнфордского университета в 1974 году.
За блестящей историей CARS стоит исследование длины волны, энергии и материи бесчисленными учеными.
Сравнение CARS и Рамановской спектроскопии
CARS и Рамановская спектроскопия имеют много общего, но их основные методы различны. Рамановская спектроскопия в основном опирается на один лазерный источник и сигнал спонтанного излучения, тогда как CARS требует двух импульсных лазерных источников для когерентно управляемых преобразований. Это делает сигнал CARS обычно на несколько порядков выше по интенсивности, чем сигнал Рамана, и имеет удобные для пользователя характеристики обнаружения, например, антистоксов сигнал расположен на синей стороне и не подвержен влиянию процесса экстракции.
Применение КАРС
Микроскоп CARS
CARS имеет широкий спектр применения в микроскопической визуализации, особенно для неинвазивной визуализации липидов в биологических образцах. Эта технология позволяет исследователям наблюдать изменения внутри клеток, открывая новые перспективы для изучения биологии клетки.
Диагностика сгорания
CARS-спектроскопию можно также использовать для тепловых измерений, поскольку интенсивность CARS-сигнала тесно связана с температурой материала. Это свойство делает CARS популярной технологией для мониторинга горячих газов и пламени, позволяя исследователям наблюдать динамические изменения в процессе горения.
Другие приложения
В настоящее время CARS также используется для разработки детекторов наземных бомб, что демонстрирует его потенциальное применение в сфере безопасности.
С учетом развития науки и техники потенциал CARS в различных областях по-прежнему безграничен и ждет, когда мы его исследуем и откроем.
Подводя итог, можно сказать, что CARS, как инновационная оптическая технология, является не только инструментом для научных исследований, но и окном в глубины материального мира. Нам следует задуматься о том, какие еще неизвестные явления ждут своего открытия и расшифровки с помощью CARS?
