Citra Hantu Revolusioner Tingkatkan Presensi Pengukuran Gas Atmosfer

• Metode citra hantu baru mengukur gas mana yang ada di atmosfer dan pada berapa jumlah, dengan akurasi jauh lebih baik.
• Ia tidak memerlukan detektor yang sangat sensitif dan sumber cahaya yang kuat untuk bekerja.

Mengukur gas rumah kaca di atmosfer seperti karbon dioksida, metana, ozon, dan nitrus oksida sangat penting untuk mempelajari bagaimana mengubah jumlah gas ini mempengaruhi perubahan iklim. Mereka diukur dengan terus-menerus menggunakan peralatan stasioner dan satelit yang memantau konsentrasi saat ini, atau dengan mengumpulkan sampel udara dalam botol dan kemudian menganalisisnya di laboratorium.

Sekarang, tim peneliti di Universitas Eropa Timur, Institut Teknologi Tampere, dan Universitas Burgundi di Prancis, telah menemukan pendekatan baru untuk melakukan pengukuran spektroskopi berbagai molekul gas. Mereka menyebutnya teknik Citra Hantu.

Dibandingkan dengan teknik citra yang ada, pendekatan baru ini dapat mengungkap komposisi kimia molekul gas dengan akurasi jauh lebih baik. Dalam beberapa kasus, ia dapat memungkinkan identifikasi gas rumah kaca yang lebih sensitif.

Bagaimana Cara Kerjanya?

Citra hantu beroperasi di seluruh rentang panjang gelombang yang luas, meningkatkan pemantauan gas yang ada di atmosfer, termasuk metana dan karbon dioksida. Ini bekerja dengan sumber cahaya superkontinuum (memancarkan pulsa dengan banyak panjang gelombang) untuk citra cahaya berdasarkan panjang gelombang yang dilewatkan melalui sampel udara, dan mengukur sidik jari spektral molekul gas dengan resolusi subnanometer.

Teknik baru ini menghasilkan citra dengan mengasosiasikan intensitas 2 sinar yang berbeda yang tidak berisi data tentang bentuk objek tetapi memungkinkan antarmuka tidak langsung tentang karakteristiknya. Dalam kondisi ekstrem, ia dapat menghilangkan distorsi (tidak semua) yang diamati dalam sistem citra konvensional dan dapat memulihkan sinyal yang diacak pada skala waktu pikosekon (10⁻¹² detik).

Karena molekul gas sebagian besar tersebar, mereka hanya mengubah cahaya yang ditransmisikan oleh jumlah yang kecil. Jadi, membutuhkan instrumen yang sangat sensitif dan sumber cahaya yang kuat untuk mendeteksi mereka.

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

Tidak seperti metode citra konvensional yang mengidentifikasi sinyal satu panjang gelombang, teknik citra hantu mendeteksi sinyal terintegrasi yang terdiri dari beberapa panjang gelombang. Oleh karena itu, ia bekerja bahkan di mana detektor yang sangat sensitif dan sumber cahaya yang kuat tidak tersedia.

Secara lebih spesifik, ia menghasilkan citra spektral (yang berisi spektrum refleksi atau transmisi objek) dengan mengkorelasikan 2 sinar: sinar pertama mengkodekan pola acak yang berperilaku sebagai referensi probe sementara sinar lainnya menerangi sampel. Untuk menghasilkan referensi yang diperlukan untuk mendapatkan citra 'hantu' spektral, para penulis menggunakan fluktuasi acak yang terjadi antara spektrum pulsa berurutan.

Kredit citra: NASA

Kemudian sinar yang dilewatkan melalui sampel dianalisis melalui detektor tanpa resolusi spektral. Setelah dikorelasikan dengan fluktuasi spektral referensi, mereka mendapatkan gambaran jelas tentang citra spektral.

Pengujian

Untuk menguji teknik baru ini, mereka menggunakannya untuk menghasilkan citra spektral gas metana. Ia secara akurat merekonstruksi urutan garapan serapan diskrit yang mewakili identitas metana. Mereka juga membandingkan hasilnya dengan pengukuran spektroskopi langsung tradisional: hasil dari kedua teknik cocok dengan baik.

Baca: Mikroskop Elektron Transmisi Sekarang Dapat Melihat Nanopartikel dalam 4D

Saat ini, para penulis bereksperimen dengan perangkat sumber cahaya yang dapat diprogram untuk mengontrol fluktuasi spektral. Ini akan menghilangkan kebutuhan untuk mengukur pola spektral referensi. Juga, mereka mencoba untuk mengintegrasikan teknologi ini dengan setup tomografi koherensi optik, yang akan memungkinkan mereka mengekstrak data sensitif dari berbagai sampel biologis, termasuk jaringan, tanpa mengekspos sampel pada sinar berbahaya.