光頻梳與光熱光譜技術融合 為分子探測提供豐富的光譜信息
【化工儀器網 項目成果】光學頻率梳是當今激光與時間頻率學科的前沿技術。它有效地鏈接了光學頻率與微波頻率，在過去二十年間推動了精密光譜學、光學測量技術、量子精密操控、光鐘等重要技術的發展。光學頻率梳提供了測量頻率和時間的標尺，從根本上解決了光頻計量問題，促進了前沿基礎物理研究領域的發展。
光學頻率梳技術可以運用在光鐘上，它超精密的不確定性可以達到第19位小數點，對于測試相對論、量子理論以及現存可以理解的物理學，都是強有力的工具。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家尋找類地行星。
光學頻率梳在頻域上表現為一系列相等頻率間隔的梳狀頻譜線，與氣體分子作用后進行頻域解析，在獲得寬光譜覆蓋范圍的同時可獲得極高的光譜分辨率，為高精度光譜測量提供了新的技術手段。然而，這種技術依賴于高帶寬光電探測器和復雜光譜解析技術，且需要相當長的激光與氣體相互作用路徑來提高檢測靈敏度，限制了光頻梳光譜在氣體傳感領域的應用。
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時間內等時長移動，周期性調制光脈沖。在頻域內，雙光梳光源的每一對梳齒的外差拍頻可對氣體分子吸收實現特定頻率的強度調制。強度調制引起的光熱效應會周期性調制介質折射率，因此當雙光梳通過氣體介質并被吸收時，介質折射率攜有一系列的調制頻率。再采用采用光學干涉測量折射率調制并進行傅里葉變換，即可得到對應的寬波段范圍內的光譜信息。
中國科學院長春光學精密機械與物理研究所應用光學國家重點實驗室研究員王強團隊和香港中文大學教授任偉團隊利用雙光梳光熱光譜方法，首次實現了基于光頻梳的氣體分子光熱光譜測量。該方法具備單波長激光光譜測量的高選擇性和快速響應特點。光頻梳和光熱光譜技術的融合使同時具備寬光譜、高分辨率、極低耗氣量和高靈敏度成為可能，為分子探測提供豐富的光譜信息，針對大氣監測、深空探測、海洋科學、呼氣診斷等不同領域對精密氣體探測的需求提供多功能的光譜氣體傳感技術。
相關研究成果以Dual-comb Photothermal Spectroscopy為題，發表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。
(資料參考來源：長春光學精密機械與物理研究所)
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