Language
Country/Area
No result found
Quang phổ CARS là gì? Tại sao nó lại đặc biệt như vậy?
Trong lĩnh vực khoa học ngày nay, phương pháp quang phổ CARS (Phổ Raman phản Stokes kết hợp) đã xuất hiện trong nghiên cứu hóa học và vật lý với những ưu điểm độc đáo của nó. Công nghệ này chủ yếu được sử dụng để phát hiện tín hiệu rung động của phân tử, tương tự như quang phổ Raman truyền thống, nhưng độ nhạy và cường độ tín hiệu của nó vượt xa công nghệ trước đây. Phổ học CARS được thực hiện bằng công nghệ đa quang tử, cho phép cung cấp hình ảnh phân tử rõ nét hơn và do đó trở thành một công cụ quan trọng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu.
Bối cảnh lịch sửPhổ CARS là một quá trình quang học phi tuyến tính bậc ba liên quan đến sự tương tác của ba chùm tia laser.
Phổ CARS lần đầu tiên được đề xuất vào năm 1965 khi P. D. Maker và R. W. Terhune từ Ford Motor Company công bố một nghiên cứu về hiện tượng này. Họ sử dụng tia laser ruby xung để thăm dò phản ứng bậc ba của nhiều loại vật liệu khác nhau và quan sát thấy tín hiệu CARS dịch chuyển về phía xanh được tạo ra khi các xung của hai chùm tia chồng lên nhau trong không gian và thời gian. Kỹ thuật này được Begley và cộng sự tại Đại học Stanford đặt tên là "Phổ học CARS" vào năm 1974.
Nguyên tắc cơ bản
Nguyên lý hoạt động của quang phổ CARS có thể được giải thích bằng các mô hình cơ học cổ điển và lượng tử. Theo cách cổ điển, một phân tử có thể được xem như một bộ dao động (giảm chấn) có tần số đặc trưng ωv. Trong CARS, bộ dao động này được điều khiển bởi sự chênh lệch tần số giữa chùm bơm và chùm Stokes. Cơ chế truyền động này tương tự như cách tai nhạy cảm với sự khác biệt tần số giữa hai nốt nhạc khác nhau được đánh trên đàn piano.
So sánh phổ CARS và RamanTrong quy trình CARS, chùm tia bơm đầu tiên kích thích phân tử vào trạng thái ảo không phải là trạng thái nội tại của phân tử mà cho phép chuyển đổi sang các mức năng lượng thực khác.
Phổ học CARS và Raman có điểm tương đồng trong việc thăm dò các chế độ rung động của phân tử, nhưng cũng có những khác biệt đáng kể. CARS yêu cầu hai nguồn laser xung, trong khi quang phổ Raman chỉ cần một nguồn laser sóng liên tục (CW) duy nhất. Vì tín hiệu CARS được quan sát ở phía màu xanh nên nó không phải cạnh tranh với hiện tượng huỳnh quang, điều này khiến CARS có lợi thế hơn trong các ứng dụng thực tế.
Lĩnh vực ứng dụng
Kính hiển vi CARS
CARS có nhiều ứng dụng trong kính hiển vi chọn lọc loài và chẩn đoán quá trình đốt cháy, đặc biệt là trong lĩnh vực hình ảnh không xâm lấn trong các mẫu sinh học. Nhiều nhà nghiên cứu sử dụng kính hiển vi CARS để quan sát lipid trong các mẫu sinh học, cung cấp một phương pháp mới để nghiên cứu sinh học.
Chẩn đoán sự cháy
Phổ CARS cũng được sử dụng để theo dõi nhiệt độ của khí và ngọn lửa vì tín hiệu của nó phụ thuộc không tuyến tính vào nhiệt độ. Tín hiệu CARS phản ánh trạng thái nhiệt của hệ thống vì nó liên quan đến số lượng hạt ở trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích rung động.
Các ứng dụng khác
Ngoài các ứng dụng trên, công nghệ CARS hiện đang được phát triển để sử dụng trong các lĩnh vực giám sát an ninh như phát hiện bom ven đường. Điều này làm nổi bật giá trị tiềm năng của nó đối với an toàn công cộng.
Tóm lại, quang phổ CARS đã trở thành một công nghệ hấp dẫn trong nghiên cứu hiện nay do cường độ tín hiệu vượt trội và độ nhạy cao đối với các chế độ rung phân tử. Khi công nghệ phát triển hơn nữa, liệu chúng ta có thể thấy nó được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực hơn trong tương lai không?
