Εικόνα εικόνας ή καθρέφτη; Εξοπλική αναγνώριση με λέιζερ femtosecond

Οι παλμοί λέιζερ Femtosecond έχουν μοναδικές ιδιότητες που τις καθιστούν κατάλληλες για χειρόμορφη αναγνώριση. Αυτοί οι παλμοί είναι εξαιρετικά σύντομοι, τυπικά της τάξης των 10-15 femtoseconds (10-15 τετράγωνα του δευτερολέπτου) και έχουν πολύ υψηλές εξουσίες αιχμής. Αυτός ο συνδυασμός ιδιοτήτων επιτρέπει σε λέιζερ femtosecond να προκαλούν μη γραμμικές οπτικές διεργασίες σε υλικά, όπως η δεύτερη αρμονική παραγωγή (SHG). Το SHG είναι μια διαδικασία στην οποία δύο φωτόνια της ίδιας συχνότητας μετατρέπονται σε ένα μόνο φωτόνιο διπλάσιο της συχνότητας. Η αποτελεσματικότητα του SHG είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη στη μοριακή δομή του υλικού και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διάκριση μεταξύ χειρόμορφων μορίων και εικόνων καθρέφτη.

Όταν ένας παλμός λέιζερ femtosecond είναι συμβάν σε ένα χειρόμορφο μόριο, το φως λέιζερ αλληλεπιδρά με τα ηλεκτρόνια στο μόριο και προκαλεί μια μη γραμμική οπτική απόκριση. Αυτή η απόκριση είναι διαφορετική για το χειρόμορφο μόριο και την καθρέφτη της εικόνα, επειδή τα ηλεκτρόνια στα δύο μόρια είναι διατεταγμένα με διαφορετικό τρόπο. Ως αποτέλεσμα, η απόδοση SHG για το χειρόμορφο μόριο και την εικόνα του καθρέφτη θα είναι διαφορετική. Αυτή η διαφορά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διάκριση μεταξύ των δύο μορίων.

Η χειρόμορφη αναγνώριση με βάση το λέιζερ με βάση το λέιζερ έχει πολλά πλεονεκτήματα έναντι των παραδοσιακών μεθόδων χειρόμορφης αναγνώρισης. Αυτά τα πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν:

* υψηλή ευαισθησία: Η χειρόμορφη αναγνώριση με βάση το λέιζερ με βάση το λέιζερ είναι εξαιρετικά ευαίσθητη και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση πολύ μικρών ποσοτήτων χειρόμορφων μορίων.

* Ειδικότητα: Η χειρόμορφη αναγνώριση με λέιζερ με βάση το λέιζερ είναι πολύ συγκεκριμένη και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να γίνει διάκριση μεταξύ πολύ παρόμοιων χειρόμορφων μορίων.

* ταχύτητα: Η χειρόμορφη αναγνώριση με λέιζερ με βάση το λέιζερ είναι πολύ γρήγορη και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση των δειγμάτων σε πραγματικό χρόνο.

* Μη καταστροφική: Η χειρόμορφη αναγνώριση με λέιζερ με βάση το λέιζερ είναι μη καταστρεπτική και δεν βλάπτει τα δείγματα που αναλύονται.

Η χειρόμορφη αναγνώριση με βάση το λέιζερ με βάση το λέιζερ είναι ένα ισχυρό εργαλείο για την ανάλυση των χειρόμορφων μορίων. Έχει πολλά πλεονεκτήματα έναντι των παραδοσιακών μεθόδων χειρόμορφης αναγνώρισης και αναμένεται να διαδραματίσει όλο και πιο σημαντικό ρόλο στους τομείς της χημείας, της βιολογίας και της ιατρικής.

Ακολουθεί μια πιο λεπτομερής εξήγηση για το πώς λειτουργεί το χειρόγραφο αναγνώρισης με βάση το λέιζερ με λέιζερ.

Όταν ένας παλμός λέιζερ femtosecond είναι συμβάν σε ένα μόριο, το φως λέιζερ αλληλεπιδρά με τα ηλεκτρόνια στο μόριο και προκαλεί μια μη γραμμική οπτική απόκριση. Αυτή η απόκριση είναι διαφορετική για διαφορετικούς τύπους μορίων και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διάκριση μεταξύ χειρόμορφων μορίων και εικόνων καθρέφτη τους.

Η απόδοση SHG για ένα χειρόμορφο μόριο δίνεται από την ακόλουθη εξίσωση:

$$ \ eta_ {shg} \ propto | \ chi^{(2)} |^2 $$

όπου \ (\ chi^{(2)} \) είναι η μη γραμμική οπτική ευαισθησία της δεύτερης τάξης. Η μη γραμμική οπτική ευαισθησία της δεύτερης τάξης είναι ένας τανυστήρας που περιγράφει τη μη γραμμική οπτική απόκριση ενός υλικού. Είναι ένας τανυστήρας τρίτης κατάταξης, που σημαίνει ότι έχει τρεις δείκτες. Οι δείκτες της μη γραμμικής οπτικής ευαισθησίας της δεύτερης τάξης αντιστοιχούν στις τρεις κατευθύνσεις του ηλεκτρικού πεδίου του φωτός λέιζερ.

Για ένα χειρόμορφο μόριο, η μη γραμμική οπτική ευαισθησία της δεύτερης τάξης δεν είναι συμμετρική. Αυτό σημαίνει ότι η απόδοση SHG για ένα χειρόμορφο μόριο θα είναι διαφορετική για διαφορετικές κατευθύνσεις του ηλεκτρικού πεδίου του φωτός λέιζερ. Αντίθετα, η μη γραμμική οπτική ευαισθησία της δεύτερης τάξης για ένα μη-χοριο-χορινό μόριο είναι συμμετρικό και η απόδοση SHG για ένα μη-χοριοχικό μόριο θα είναι το ίδιο για όλες τις κατευθύνσεις του ηλεκτρικού πεδίου του φωτός λέιζερ.

Αυτή η διαφορά στην αποτελεσματικότητα SHG μεταξύ χειρόμορφων μορίων και μη χορικών μορίων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να γίνει διάκριση μεταξύ των δύο τύπων μορίων. Με τη μέτρηση της απόδοσης SHG για ένα δείγμα μορίων, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί εάν τα μόρια είναι χειρόμορφα ή μη-χόρια.

Η χειρόμορφη αναγνώριση με βάση το λέιζερ με βάση το λέιζερ είναι ένα ισχυρό εργαλείο για την ανάλυση των χειρόμορφων μορίων. Είναι μια εξαιρετικά ευαίσθητη, συγκεκριμένη, γρήγορη και μη καταστρεπτική τεχνική. Αναμένεται να διαδραματίσει όλο και πιο σημαντικό ρόλο στους τομείς της χημείας, της βιολογίας και της ιατρικής.