中红外光调制光学频率梳:可移动式高精密光谱测量
发布日期:2022-03-03   作者:秦梦瑶   浏览次数:333

实现高精度、高灵敏度的分子光谱测量,建立 “分子指纹光谱数据库”,是研究物质微观结构与宏观组成的重要基础。进入21世纪以来,超高时频域精度和准确度的光学频率梳技术得到了迅速的发展,革新了传统的光谱测量手段。目前,传统的光学频率梳系统需要进行复杂的主动反馈锁定并工作在实验室环境下,以保证光学频率梳光源的相干性和稳定性,这极大程度上限制了光梳光谱仪的户外实际应用与发展,如大气环境监测、燃烧诊断、生物医疗等。

         李文雪研究员团队创新性地提出被动高稳定光调制光学频率梳概念,成功研制具有良好的被动相干特性和抗干扰能力的新型宽带中红外双光梳光源,实现可移动式布置,并成功应用于燃烧室尾气户外实际测量工作,是一项具有极大发展前景的光学频率梳新技术。中红外连续激光器具有窄线宽单根频率梳齿,具有良好的频率稳定性,经飞秒脉冲多纵模级联光参量作用,产生的中红外光梳表现为以中红外连续激光器频率为中心,泵浦源重复频率为间隔向测量拓展的梳状结构,其光学频率被动参考在中红外连续激光器上。该方案无需主动的载波包络相位锁定过程,即可实现高相干中红外光梳的产生,极大简化了系统结构,为光梳技术走向户外提供了解决方案。

        基于该光调制双光梳光源,开展了多分子精密光谱并行测量研究,光谱分辨率达百MHz,对有毒物质H2CO的测量灵敏高达40ppb,远远超越了传统的光谱和气体安全测量仪器。进一步对该系统开展了集成化和可移动式设计,在国内首次应用于航空发动机领域。相关研究成果发表在Photon. Res. 9, 1358-1368 (2021)上,并被选为当期的“Editor’sPick亮点文章,评价为“领域内具有代表性的、高质量的优秀工作”。

1 被动锁定双光梳原理示意图与高分辨多分子吸收光谱测量结果。