Esperimenti

Spettroscopia e sensing ad onda evanescente

Metodi di rivelazione basati su cavità ottiche interrogate con laser e sorgenti incoerenti sono stati ampiamente usati nel campo del sensing e della spettroscopia. L’impiego di fibre ottiche permette di costruire agevolemente risonatori ad alta finesse economici e di dimensioni limitate che non richiedono complesse procedure in termini di allineamento, pulizia ed isolamento. Come dimostrato recentemente, i risonatori ottici in fibra sono particolarmente convenienti per la rivelazione ed analisi di liquidi. La radiazione interazione-materia può avvenire sia tramite elementi di accoppiamento specifici sia tramite elementi basati sull’accoppiamento evanescente, quali fibre rastremate o con core esposto. La presente attività riguarda la spettroscopia ed il sensing ad alta sensibilità di specie liquide attraverso tecniche di spettroscopia cavity ring-down in onda evanescente in risonatori ad anello di fibra.
Le frequenze dei modi di risonanza del risonatore sono agganciate ad un laser nel vicino infrarosso o ad un pettine di frequenze ottiche attraverso un sistema di feed-back basato sulla tecnica Pound-Drever-Hall (PDH). I limiti di rivelazione sono caratterizzati attraverso misure ripetute del tempo di vita media dei fotoni in cavità e confrontati con varie sorgenti di rumore. Sfruttando le peculiarità della tecnica del cavity ring-down, cioè alta sensibilità e basso rumore, abbiamo dimostrato che possono essere realizzate misure di assorbimento in mezzi liquidi con un limite di rivleazione che è soltanto un fattore dieci sopra il limite dello shot noise. Inoltre, l’utilizzo di un pettine di frequenze ottiche ha permesso di coprire intere bande di assorbimento di liquidi e di distinguere i diversi componenti chimici presenti. In parallelo, è stato condotto uno studio teorico delle varie sorgenti di rumore ed in particolare dello shot noise. Come dimostrazione di principio, sono stati analizzati composti poliamminici in soluzioni acquose, ottenendo una assorbanza rivelabile minima di 1.8 × 10^-7 Hz^-1/2, che ad oggi rappresenta il miglior limite di rivelazione mai ottenuto con sensori evanescenti.

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