A szabályozott optikai hullámformájú lézerimpulzusok előállítása és mérése mind az időtartománybeli, mind a frekvenciatartománybeli precíziós méréstechnika középpontjában áll. Itt 16-femtoszekundumos közeli infravörös impulzusok által vezérelt intraimpulzus-különbségfrekvenciás generálással (IPDFG) közép-infravörös hullámokat állítunk elő, és elektro-optikai mintavételezéssel (EOS) jellemezzük e hullámok szubciklus-frakcióinak a kapuimpulzusokhoz viszonyított időbeli eltérését. Az egyes nullpont-átmeneteknél szub-attoszekundumos időbeli pontosságot és a 10 kHz-0,625 MHz-es sávban 0,1% alatti relatív amplitúdó-ingadozást mutatunk be. A közel oktávnyi közép-infravörös impulzusok frekvenciamodulálása (csörpölése) hullámhosszfüggő attoszekundumos nagyságrendű hullámforma-eltérés kimutatását teszi lehetővé. Tanulmányunk igazolja az EOS-t (electro-optic sampling – elektro-optikai mintavételezés) mint az optikai hullámformák mozgásdinamikájának szélessávú (mind a rádiófrekvenciás, mind az optikai tartományban), rendkívül érzékeny mérési technikáját. Ez az érzékenység az IPDFG és az EOS segítségével kapott hullámformák kiemelkedő stabilitását mutatja, ami közvetlenül előnyös a precíziós mérések számára, beleértve a lineáris és nemlineáris (infravörös) térfelbontású spektroszkópiát. Ezen túlmenően ezek az eredmények képezik az EOS-alapú aktív hullámforma-stabilizáció és a szub-attoszekundumos több oszcillátoros szinkronizáció/késleltetés követés alapját.

A molekuláris vibráció pulzatilis gerjesztése és ennek detektálása mezőfelbontású infravörös spektroszkópiával (FRS) felülmúlhatja a hagyományos idő-integrált spektroszkópia érzékenységét, mert időben szétválasztja a molekuláris jelet a gerjesztő fény okozta zajtól. A számunkra fontos rezonancia-válasz, ami a molekuláris jelet hordozza, függ azonban a gerjesztés amplitúdójától és fázisától is, ami a különböző műszereken eltérő lehet és idővel is változhat. Ez megnehezítette eddig az FRS-mérések összehasonlítását, pedig a gyakorlati felhasználás szempontjából ez döntő jelentőségű lenne. Ezért egy olyan adatfeldolgozási eljárást alkalmaztunk, amely kiküszöböli az előbbi hiányosságot, megőrizve közben az FRS érzékenységét. A módszert molekulák vizes oldatain validáltuk. Az alkalmazott megközelítés kompatibilis az infravörös spektrumok elemzésének bevett feldolgozási és kiértékelési módszereivel, valamint alkalmazható adatbázisokból származó, korábban lemért spektrumokon is, így elősegíti az FRS elterjedését a molekulaelemzések új felhasználási területein.

Az infravörös spektroszkópia hatékonyan képes vizsgálni a testfolyadékok molekuláris összetételét, és ígéretes módszere lehet a jövőben a nagy áteresztőképességű in vitro diagnosztikának. Egy populációs kohorsz vizsgálat segítségével 3169 személy 5184 vérplazmamintáját elemeztük Fourier-transzformációs infravörös (FTIR) spektroszkópia segítségével. Többszörös besorolást alkalmazva, hogy elkülönítsük a vérzsír eltéréseket, a magasvérnyomás-betegséget, a prediabetest, a 2-es típusú cukorbetegséget és egészséges állapotot, azt találtuk, hogy az algoritmus pontosan képes elkülöníteni az egészséges egyéneket és jellemezni a krónikus többszörös zavarokat. Megállapítottuk továbbá, hogy módszer évekkel előre képes jelezni a metabolikus szindróma kialakulását. Ez a tanulmány jelentheti az alapját annak, hogy az infravörös molekuláris ujjlenyomat vizsgálat populációs szintű vizsgálómódszerré válhasson.

Az infravörös elektromos mezők elektro-optikai mintavétele érzékenységi és dinamikai rekordokat állított fel a szélessávú molekuláris rezgésspektroszkópiában. Ezekben a munkákban azonban az 1 másodperces, egyetlen jelalakot eredményző adatgyűjtési idő a pásztázáson belüli zajfelhalmozódáshoz vezet, és korlátozza az átereszőképességet több minta és dinamikus folyamatok mérésénél. Bemutatunk egy kettős lézer-oszcillátoros megközelítést, amely másodpercenként 2800 közép-infravörös hullámformát rögzít a mintavételezett hullámforma és a kapuimpulzusok közötti relatív késleltetés modulált ismétlési frekvenciazárral történő letapogatásával. Az elektro-optikai késleltetéskövetés (EODT) új technikája akár néhány attoszekundumos pontosságú késleltetés-kalibrációt biztosít, és általános utat nyit a pikoszekundumos késleltetési tartományokkal rendelkező, nagy pontosságú kettős oszcillátoros spektroszkópiához. Munkánk azonnali alkalmazásokat kínál például a precíziós elektromos mező mérés és a nagysebességű bioérzékelés területén.

A szabályozható vivő-burok fázisú (CEP) egyciklusú optikai impulzusok képezik az alapot az anyag nemlineáris polarizációjának szub-femtoszekundumos időskálán történő manipulálására. A 2,2 µm-en 6,9 fs, egyciklusú impulzusok rendkívül stabil forrásáról számolunk be, amely egy 22,9 MHz-es ismétlési frekvenciájú, közvetlenül diódával pumpált Cr:ZnS oszcillátoron alapul. A szimulációkkal való kiváló egyezés pontos képet ad a mögöttes nemlineáris impulzus terjedéséről.