Revolutionaire Ghost Imaging Verbetert Precisie Van Atmosferische Gasmetingen

• Nieuwe ghost imaging methode meet welk gas in de atmosfeer aanwezig is en in welke hoeveelheid, met veel betere nauwkeurigheid.
• Het vereist geen extreem gevoelige detectoren en krachtige lichtbronnen om te werken.

Het meten van broeikasgassen in de atmosfeer zoals kooldioxide, methaan, ozon en lachgas is cruciaal voor het bestuderen hoe veranderende hoeveelheden van deze gassen klimaatverandering beïnvloeden. Ze worden gemeten door ofwel continu stationaire apparatuur en satellieten te gebruiken die huidige concentraties monitoren, of door luchtmonsters in flessen te verzamelen en ze vervolgens in een laboratorium te analyseren.

Nu is een team onderzoekers van de Universiteit van Oost-Finland, Tampere University of Technology en de Universiteit van Bourgondië in Frankrijk met een nieuwe benadering gekomen voor het uitvoeren van spectroscopische metingen van verschillende gasmoleculen. Ze noemen het Ghost Imaging techniek.

Vergeleken met bestaande imaging-technieken kan deze nieuwe benadering de chemische samenstelling van een gasmolecuul met veel betere nauwkeurigheid onthullen. In sommige gevallen kan het gevoeligere identificatie van broeikasgassen mogelijk maken.

Hoe Het Werkt?

De ghost imaging werkt over een breed bereik van golflengtes, wat de monitoring van gassen in de atmosfeer verbetert, inclusief methaan en kooldioxide. Het werkt met een supercontinuum lichtbron (emiteert pulsen met meerdere golflengtes) om de golflengte-gebaseerde lichtdoorlaat door luchtmonsters te imageren, en meet de spectrale vingerafdruk van een gasmolecuul met subnanometer resolutie.

Deze nieuwe techniek genereert afbeeldingen door de intensiteit van 2 verschillende bundels te correleren die geen data bevatten over de vorm van het object maar indirecte interfaces over zijn kenmerken mogelijk maken. In extreme omstandigheden kan het vervormingen (niet alle) die waargenomen worden in conventionele imaging-systemen verwijderen en gescrambelde signalen herstellen op picoseconde (10⁻¹² seconden) tijdschalen.

Aangezien gasmoleculen meestal verstrooid zijn, veranderen ze het doorlaatende licht alleen met een minuscule hoeveelheid. Dus het vereist erg gevoelige instrumenten en krachtige lichtbronnen om ze te detecteren.

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

In tegenstelling tot conventionele imaging-methodes die signalen van een enkele golflengte identificeren, detecteert de ghost imaging techniek een geïntegreerd signaal bestaande uit verschillende golflengtes. Daarom werkt het zelfs waar extreem gevoelige detectoren en krachtige lichtbronnen niet beschikbaar zijn.

Specifieker, het genereert een spectraal plaatje (dat de reflectie of transmissie spectrum van een object bevat) door 2 bundels te correleren: de eerste bundel codeert een willekeurig patroon dat fungeert als proefreferentie, terwijl de andere bundel het monster verlicht. Om de referentie te genereren die essentieel is voor het verkrijgen van het spectrale 'ghost image', gebruikten de auteurs willekeurige fluctuaties die optreden tussen opeenvolgende pulsen-spectra.

Afbeelding credit: NASA

Vervolgens wordt de bundel die door het monster is getransporteerd geanalyseerd via een detector zonder spectrale resolutie. Na het correleren met referentie-spectrale fluctuaties, kregen ze een duidelijk zicht op het spectraal beeld.

Testen

Om deze nieuwe techniek te testen, gebruikten ze het om een spectraal plaatje van methaangas te genereren. Het hercreeerde precies de reeks discrete absorptielijnen die de identiteit van methaan vertegenwoordigen. Ze vergelijken de uitkomsten ook met traditionele directe spectroscopiemetingen: de resultaten van beide technieken matchten goed.

Lees ook: Transmissie-elektronenmicroscopie Kan Nu Nanodeeltjes In 4D Zien

Momenteel experimenteren auteurs met pre-programmeerbare lichtbronapparaten om de spectrale fluctuaties te sturen. Dit zou de noodzaak elimineren voor het meten van referentie-spectrale patronen. Ook proberen ze deze technologie te integreren met de optische coherentie tomografie-opzet, wat hen in staat zou stellen gevoelige data uit diverse biologische monsters te extraheren, inclusief weefsel, zonder monsters te blootstellen aan schadelijke straling.