在中紅外光譜區域內「梳理」ID化學物質

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】化學化合物都在2至12微米的中紅外光譜範圍內具有獨特的吸收「指紋」。這為測量和研究極度敏感水平的化學品提供了機會，但是研究人員缺乏在中紅外範圍內操作所需的工具，如激光和探測器。最近推動開發新工具來幫助更詳細地查看和測量這些化合物。在突破中，美國國家標準與技術研究院的一組研究人員開發了一種硅上晶元激光光源，其輸出由中紅外光譜區域內的精確定義的等距光線組成。他們在APL Photonics上報告他們的發現。NIST的博士後研究員Nima Nader說：這些被稱為頻率梳的激光器「充當光的」尺子「，並有許多應用 - 從傳輸時間標準和改進GPS信號到精密光譜學。

用於片上中紅外頻梳激光器的製造光子波導的掃描電子顯微照片。圖片版權：國家標準與技術研究院，應用物理部，量子納米光子學組

對於光譜應用，這種類型的相干光源可以通過含有未知氣體的樣品池。這些氣體吸收一些光線，並在非常特定的梳齒線上留下指紋。研究人員可以根據氣體資料庫檢查這些生產線，以確定存在的特定化學品。除此之外，激光源的連貫特性「可以實現光線的長距離傳播，因此可以遠距離研究化學樣品，而無需直接接觸，由於頻率梳是穩定的激光源，因此它們可以檢測到非常低的化學品水平，並提高我們測量的靈敏度。這些光源是在一個緊湊的，基於硅的集成光子學平台上製造的，該平台能夠在單個小面積晶元上製造數百個器件（在這種情況下，頻率梳）。

每個設備的設計都是為了產生具有定製光譜形狀，帶寬和光功率分布的梳狀光學線路的中紅外光譜。這些激光源「與工作之前開發的傳統頻率梳相比具有連貫性和低雜訊性，還首次報道了帶有中紅外頻率梳子源的氣體樣品的雙梳子光譜學，它利用硅光子平台。這些發展改進了常規技術，如傅里葉變換紅外光譜。具有中等功率和工程光譜的實用寬頻低雜訊中紅外頻率梳可以提高中紅外光譜的頻率精度，靈敏度和數據採集速率。

用戶控制和設計的多頻帶光譜非常適合需要並行multicomb操作的應用，例如用於實時原位化學合成監控，近場顯微鏡和遙感的點感測器，這些感測器可以顯著提高諸如呼吸分析儀，癌症檢測，爆炸物追蹤和檢測以及藥物合成監測等工具和技術的檢測靈敏度。下一步是將NIST 頻率梳的光學帶寬推向更長的紅外波長和更高的光功率。也正在努力減少他們的佔地面積和功耗，以創建更高效率的緊湊型系統。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：美國物理聯合會

編譯：光量子

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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