光學(xué)頻率梳是當今激光與時間頻率學(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，在過去二十年間推動了精密光譜學(xué)、光學(xué)測量技術(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(chǔ)物理研究領(lǐng)域的發(fā)展。

光學(xué)頻率梳技術(shù)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(shù)點，對于測試相對論、量子理論以及現(xiàn)存可以理解的物理學(xué)，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(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，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(shù)手段。然而，這種技術(shù)依賴于高帶寬光電探測器和復(fù)雜光譜解析技術(shù)，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(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)時間內(nèi)等時長移動，周期性調(diào)制光脈沖。在頻域內(nèi)，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(xiàn)特定頻率的強度調(diào)制。強度調(diào)制引起的光熱效應(yīng)會周期性調(diào)制介質(zhì)折射率，因此當雙光梳通過氣體介質(zhì)并被吸收時，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)干涉測量折射率調(diào)制并進行傅里葉變換，即可得到對應(yīng)的寬波段范圍內(nèi)的光譜信息。

中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所應(yīng)用光學(xué)國家重點實驗室研究員王強團隊和香港中文大學(xué)教授任偉團隊利用雙光梳光熱光譜方法，首次實現(xiàn)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(yīng)特點。光頻梳和光熱光譜技術(shù)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(jiān)測、深空探測、海洋科學(xué)、呼氣診斷等不同領(lǐng)域?qū)軞怏w探測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。

(資料參考來源：長春光學(xué)精密機械與物理研究所)

關(guān)鍵詞： 氣體分子 光譜信息 光譜測量