超越奈奎斯特频率的分子指纹

超短脉冲在光谱应用中发挥着重要作用。它们的宽光谱带宽能够在不同频率下同时表征样品，从而无需重复测量或激光调谐。此外，它们的极端时间限制允许样品响应与主激励脉冲的时间隔离。

这种响应携带全面的光谱信息，持续时间从数十飞秒到纳秒(10-15至10-9秒)，并且通常由更短的脉冲在不同的时间延迟下探测。当与多维相干光谱或高光谱成像等其他技术结合时，超快光谱有助于识别未知成分。

然而，实时测量的雄心壮志面临着障碍，主要是因为每个像素在高带宽频谱上需要大量数据记录，从而在数据捕获中引入相当大的延迟，延长了处理时间并增加了数据量。

研究人员开发了一种加速光谱分析的技术。KilianScheffter是一名博士生，他与MPL“飞秒场镜”小组负责人HaniehFattahi一起工作，他解释说：“在许多样品中，分子对超短激发脉冲的响应通常是稀疏的，这意味着该响应仅发生在特定频率下称为分子指纹。”

“通过策略性地及时随机化测量点，一种称为压缩感知的既定方法可以使用比奈奎斯特准则规定的限制更少的数据点来有效地重建信号。然而，主要的挑战是改变探头的时间重叠脉冲和飞秒激励脉冲是随机的。”

“通过与德国和法国的合作伙伴合作，我们成功地利用声波随机调制这种时间重叠。这项创新将压缩传感的应用扩展到实时光谱测量。”

HaniehFattahi博士表示：“加速时域光谱学具有多种优势，例如，简化易碎样品的无标记成像、有毒有害气体的实时环境监测和露天诊断以及分子内窥镜检查。”