飞秒光源：波长范围1.6至10.2微米
分子是生命的基石。 像所有其他生物一样，我们是由分子组成的。 分子控制着我们的生物节律，也可以反映我们的健康状况。 由路德维希-马克西米利安大学（LMU）和位于慕尼黑附近的马克斯普朗克量子光学研究所（MPQ）的合资企业-阿斯顿物理实验室（LAP）的研究人员们希望使用出色的红外光来更详细地研究分子疾病标志物，例如，为早期癌症诊断提供便利。 该团队开发了一种强大的飞秒光源，其发射波长在1.6至10.2微米之间。 该仪器应能够检测到血液或吸入的空气中极低浓度的有机分子（Science Advances，“Multi-watt, multi-octave, mid-infrared femtosecond source”）。 YEQ}<\B\&
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非线性晶体从近红外到中红外的频率转换的示意图。短波辐射进入晶体并驱动电子运动。电子不能完全跟随光场的频率，并且部分电子在较低的频率下部分振荡。这样就产生了中红外辐射。（图片来源：亚历山大格林） %
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通常，认识到有人生病只需一眼即可。但是，人的眼睛容易察觉到的疾病通常处于晚期阶段。借助激光，慕尼黑的研究人员们希望能够在早期阶段检测和诊断疾病，而且这些疾病最适合进行治疗性干预。然而，这需要非常锐利的视角 - 可以窥探分子世界的视角。 M {Wla 7
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无数分子以非常特定的方式对中红外区域中的某些波长的光进行反应。通过吸收特定的波长，样品中的每种类型的分子在透射光束上印记特定的标记，这种标记可以用作识别分子的分子指纹。利用宽带中红外光源，人们可以一次性地检测许多分子结构的指纹 - 例如，在血液或吸入的空气样本中。如果样品中含有与特定疾病状态相关的标志物分子，在透射红外光谱中也会显示出这些分子的存在。 > }Za)
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LAP的物理学家们现在已经构建了这样一个光源，它覆盖了1.6到10.2微米之间的波长。该激光系统具有瓦特级别的平均输出功率，并且具有良好的可聚焦性以获得高亮度的红外光源。这一特性可提高检测极低浓度分子的能力。另外，激光可以产生飞秒脉冲串[飞秒是百万分之一秒（10-15秒）]，这使得它可以进行时间分辨和低噪声和高分辨率，以及高的测量精度。 6l<q
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目前，红外光谱通常以使用非相干光为基础，其提供了整个中红外区域的覆盖。然而，由非相干源产生的光束的相对较低的亮度显著降低了检测非常微弱的分子指纹的能力。或者可以使用粒子加速器中产生的同步加速器辐射，但这种设备非常少见，而且非常昂贵。 ,_D`0B6o
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然而，基于激光的方法可以产生比同步加速器更亮的光束。 LAP的物理学家们现在已经成功地建立了一个相干光源，该光源在红外范围内的广谱区域产生了明亮的激光。这曾经是激光源的主要缺点。此外，与同步加速器相比，新系统的占地面积更小（且成本更低）：它适用于大型工作台。 }PUQvIGZZ&
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“当然，到我们能够在很早的阶段诊断出癌症，还有很长的路要走。例如，我们需要更好地了解疾病标记，并且我们必须设计一种有效的方法来量化它们”，参与该项目的研究人员之一Marcus Seidel说到。“但现在我们已经大大改进了可用的光源，我们可以开始解决这些问题。”此外，这一新的激光系统将在除生物科学以外的领域找到其他应用。毕竟，精确观察分子及其转变也是化学和物理学的核心。 "o+<
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原文链接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=50006.php（实验帮译）
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