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光頻梳與光熱光譜技術(shù)融合為分子探測(cè)提供豐富的光譜信息

2022-05-06 17:26:23化工儀器網(wǎng)閱讀量：456      我要評(píng)論

　　【化工機(jī)械設(shè)備網(wǎng) 技術(shù)前沿】光學(xué)頻率梳是當(dāng)今激光與時(shí)間頻率學(xué)科的前沿技術(shù)。它有效地鏈接了光學(xué)頻率與微波頻率，在過(guò)去二十年間推動(dòng)了精密光譜學(xué)、光學(xué)測(cè)量技術(shù)、量子精密操控、光鐘等重要技術(shù)的發(fā)展。光學(xué)頻率梳提供了測(cè)量頻率和時(shí)間的標(biāo)尺，從根本上解決了光頻計(jì)量問(wèn)題，促進(jìn)了前沿基礎(chǔ)物理研究領(lǐng)域的發(fā)展。

　　光學(xué)頻率梳技術(shù)可以運(yùn)用在光鐘上，它超精密的不確定性可以達(dá)到第19位小數(shù)點(diǎn)，對(duì)于測(cè)試相對(duì)論、量子理論以及現(xiàn)存可以理解的物理學(xué)，都是強(qiáng)有力的工具。另外，光梳可以將這種超乎尋常的精度傳遞給眾多平行的光譜，產(chǎn)生最低噪聲的微波以及少周期的阿秒脈沖，甚至可以幫助天文學(xué)家尋找類(lèi)地行星。

　　光學(xué)頻率梳在頻域上表現(xiàn)為一系列相等頻率間隔的梳狀頻譜線(xiàn)，與氣體分子作用后進(jìn)行頻域解析，在獲得寬光譜覆蓋范圍的同時(shí)可獲得極高的光譜分辨率，為高精度光譜測(cè)量提供了新的技術(shù)手段。然而，這種技術(shù)依賴(lài)于高帶寬光電探測(cè)器和復(fù)雜光譜解析技術(shù)，且需要相當(dāng)長(zhǎng)的激光與氣體相互作用路徑來(lái)提高檢測(cè)靈敏度，限制了光頻梳光譜在氣體傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　雙光梳光熱光譜方法是采用雙光梳光源作為泵浦光源，用其中一列光脈沖在另一列光脈沖的持續(xù)時(shí)間內(nèi)等時(shí)長(zhǎng)移動(dòng)，周期性調(diào)制光脈沖。在頻域內(nèi)，雙光梳光源的每一對(duì)梳齒的外差拍頻可對(duì)氣體分子吸收實(shí)現(xiàn)特定頻率的強(qiáng)度調(diào)制。強(qiáng)度調(diào)制引起的光熱效應(yīng)會(huì)周期性調(diào)制介質(zhì)折射率，因此當(dāng)雙光梳通過(guò)氣體介質(zhì)并被吸收時(shí)，介質(zhì)折射率攜有一系列的調(diào)制頻率。再采用采用光學(xué)干涉測(cè)量折射率調(diào)制并進(jìn)行傅里葉變換，即可得到對(duì)應(yīng)的寬波段范圍內(nèi)的光譜信息。

　　中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所應(yīng)用光學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王強(qiáng)團(tuán)隊(duì)和香港中文大學(xué)教授任偉團(tuán)隊(duì)利用雙光梳光熱光譜方法，首次實(shí)現(xiàn)了基于光頻梳的氣體分子光熱光譜測(cè)量。該方法具備單波長(zhǎng)激光光譜測(cè)量的高選擇性和快速響應(yīng)特點(diǎn)。光頻梳和光熱光譜技術(shù)的融合使同時(shí)具備寬光譜、高分辨率、極低耗氣量和高靈敏度成為可能，為分子探測(cè)提供豐富的光譜信息，針對(duì)大氣監(jiān)測(cè)、深空探測(cè)、海洋科學(xué)、呼氣診斷等不同領(lǐng)域?qū)軞怏w探測(cè)的需求提供多功能的光譜氣體傳感技術(shù)。

　　相關(guān)研究成果以Dual-comb Photothermal Spectroscopy為題，發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。

　　(資料參考來(lái)源：長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)

　　原標(biāo)題：光頻梳與光熱光譜技術(shù)融合為分子探測(cè)提供豐富的光譜信息

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