新しいゴーストイメージング技術がガス分子の測定を強化

• 新しいゴーストイメージング法は、大気中に存在するガスとその量をはるかに高い精度で測定します。
• 動作するのに、非常に感度の高い検出器や強力な光源は必要ありません。

二酸化炭素、メタン、オゾン、亜酸化窒素などの大気中の温室効果ガスを測定することは、これらのガスの量の変化が気候変動にどのように影響するかを研究するために重要です。それらは、現在の濃度を監視する固定装置と衛星を継続的に使用するか、フラスコ内の空気サンプルを収集してから実験室で分析することによって測定されます。

現在、東フィンランド大学、タンペレ工科大学、フランスのブルゴーニュ大学の研究者チームが、さまざまなガス分子の分光測定を行うための新しいアプローチを考案しました。彼らはそれをゴーストイメージング技術と呼んでいます。

既存のイメージング技術と比較して、この新しいアプローチは、はるかに優れた精度でガス分子の化学組成を明らかにすることができます。場合によっては、温室効果ガスのより高感度な識別が可能になります。

どのように機能しますか？

ゴーストイメージングは​​広範囲の波長で動作し、メタンや二酸化炭素など、大気中に存在するガスの監視を改善します。スーパーコンティニウム光源（複数の波長のパルスを放射）と連動して、空気サンプルを通過する波長ベースの光を画像化し、サブナノメートルの分解能でガス分子のスペクトル指紋を測定します。

この新しい手法は、オブジェクトの形状に関するデータを含まないが、その特性に関する間接的なインターフェイスを可能にする2つの異なるビームの強度を関連付けることによって画像を生成します。極端な条件では、従来のイメージングシステムで観察された歪み（すべてではない）を除去し、ピコ秒（10 ^-12 ）でスクランブルされた信号を復元できます。 秒）タイムスケール。

ガス分子はほとんど散乱しているため、透過光をわずかに変化させるだけです。したがって、それらを検出するには、非常に感度の高い機器と強力な光源が必要です。

参照：The Optical Society | doi：10.1364 / OL.43.005025

単一波長の信号を識別する従来のイメージング方法とは異なり、ゴーストイメージング技術は複数の波長で構成される統合信号を検出します。したがって、非常に感度の高い検出器や強力な光源が利用できない場合でも機能します。

より具体的には、2つのビームを相関させることによってスペクトル画像（オブジェクトの反射または透過スペクトルを含む）を生成します。最初のビームはランダムパターンをエンコードし、もう1つのビームはサンプルを照らします。スペクトルの「ゴースト画像」を取得するために不可欠な参照を生成するために、著者は連続するプラスのスペクトル間で発生するランダムな変動を使用しました。

画像クレジット：NASA

次に、サンプルを通過したビームは、スペクトル分解能なしで検出器を介して分析されます。それを参照スペクトル変動と相関させた後、彼らはスペクトル画像の明確なビューを得ました。

テスト

この新しい技術をテストするために、彼らはそれを使用してメタンガスのスペクトル画像を生成しました。メタンの正体を表す離散吸収線のシーケンスを正確に再現しました。彼らはまた、結果を従来の直接分光測定と比較しました。両方の手法の結果はよく一致しました。

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現在、著者は、スペクトル変動を操作するために、事前にプログラム可能な光源デバイスを実験しています。これにより、参照スペクトルパターンを測定する必要がなくなります。また、彼らはこの技術を光コヒーレンストモグラフィーのセットアップと統合しようとしています。これにより、サンプルを有害な光線にさらすことなく、組織を含むさまざまな生物学的サンプルから機密データを抽出できるようになります。