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光频梳与光热光谱技术融合为分子探测提供丰富的光谱信息

来源：化工仪器网2022/5/6 13:35:45136

导读

光学频率梳提供了测量频率和时间的标尺，从根本上解决了光频计量问题，促进了前沿基础物理研究领域的发展。

　　光学频率梳是当今激光与时间频率学科的前沿技术。它有效地链接了光学频率与微波频率，在过去二十年间推动了精密光谱学、光学测量技术、量子精密操控、光钟等重要技术的发展。光学频率梳提供了测量频率和时间的标尺，从根本上解决了光频计量问题，促进了前沿基础物理研究领域的发展。

　　光学频率梳技术可以运用在光钟上，它超精密的不确定性可以达到第19位小数点，对于测试相对论、量子理论以及现存可以理解的物理学，都是强有力的工具。另外，光梳可以将这种超乎寻常的精度传递给众多平行的光谱，产生最低噪声的微波以及少周期的阿秒脉冲，甚至可以帮助天文学家寻找类地行星。

　　光学频率梳在频域上表现为一系列相等频率间隔的梳状频谱线，与气体分子作用后进行频域解析，在获得宽光谱覆盖范围的同时可获得极高的光谱分辨率，为高精度光谱测量提供了新的技术手段。然而，这种技术依赖于高带宽光电探测器和复杂光谱解析技术，且需要相当长的激光与气体相互作用路径来提高检测灵敏度，限制了光频梳光谱在气体传感领域的应用。

　　双光梳光热光谱方法是采用双光梳光源作为泵浦光源，用其中一列光脉冲在另一列光脉冲的持续时间内等时长移动，周期性调制光脉冲。在频域内，双光梳光源的每一对梳齿的外差拍频可对气体分子吸收实现特定频率的强度调制。强度调制引起的光热效应会周期性调制介质折射率，因此当双光梳通过气体介质并被吸收时，介质折射率携有一系列的调制频率。再采用采用光学干涉测量折射率调制并进行傅里叶变换，即可得到对应的宽波段范围内的光谱信息。

　　中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室研究员王强团队和香港中文大学教授任伟团队利用双光梳光热光谱方法，首次实现了基于光频梳的气体分子光热光谱测量。该方法具备单波长激光光谱测量的高选择性和快速响应特点。光频梳和光热光谱技术的融合使同时具备宽光谱、高分辨率、极低耗气量和高灵敏度成为可能，为分子探测提供丰富的光谱信息，针对大气监测、深空探测、海洋科学、呼气诊断等不同领域对精密气体探测的需求提供多功能的光谱气体传感技术。

　　相关研究成果以Dual-comb Photothermal Spectroscopy为题，发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。

　　(资料参考来源：长春光学精密机械与物理研究所)

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