红外光谱是一种非侵入性的工具来识别未知的样品和已知的化学物质。它是基于不同分子与红外光的相互作用。你可能在机场见过这个工具，他们在那里筛查非法毒品。
该技术有许多应用:液体活检、环境气体监测、污染物检测、法医分析、系外行星搜索等。但传统的红外光谱方法提供的数据分辨率较低(时间)。它们通常只适用于静态样品，因为光谱数据采集是一个缓慢的过程。检测快速变化的现象需要多次快速测量。多亏了东京大学的Ideguchi教授和他的团队，现在可以获得高速和高分辨率的光谱数据。研究小组发现了上转换时间拉伸红外光谱(UC-TSIR)，可以以每秒1000万个光谱的速度测量1000个光谱元素的红外光谱。
分子中的原子是结合在一起的——就像球体一样，它们之间有坚硬的弹簧连接。用红外光(波长2-20µm)照射该物质;它吸收红外能量，“弹簧”振动。振动运动的范围取决于分子的结构。因此，我们可以通过检测该物质吸收的波长范围-其吸收光谱来识别和推断该物质的性质。
“随着近年来利用机器学习和其他技术分析光谱的能力的提高，红外光谱方法快速获取大量分子振动信息是必不可少的。我们希望开发红外光谱方法来实现这一目标，”Ideguchi教授解释了研究团队的动机。
传统的时间拉伸红外光谱数据具有较少的可测量光谱元素(~30)，因为仪器工作在红外区域，而目前光学技术有限。
桥本博士说:“UC-TSIR通过波长转换技术(上转换)将包含分子振动信息的红外脉冲转换为近红外脉冲，并在近红外区域进行时间拉伸和检测，打破了限制。”
与传统方法相比，UC-TSIR可提供超过30倍的光谱元素和400倍的光谱分辨率。UC-TSIR能够以高时间分辨率追踪气体分子燃烧和生物分子不可逆化学反应等高速现象。
理论上讲，这个概念听起来简单易行;但事实远非如此。
“我们精心选择光学元件，并通过反复试验调整参数。即使在建立了设置之后，我们也处理了由不必要的非线性光学效应和时间拉伸不足引起的各种光谱失真。在解决了这些问题后，我们终于看到了清晰的红外吸收光谱，我们欣喜若狂，”桥本博士说。“用UC-TSIR进行纳秒级或微秒级的超快连续红外光谱测量可以解决传统光谱方法无法解决的问题。”
