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应用光学国家重点实验室在激光光谱气体传感领域取得新进展

2022/5/3 15:55:29   来源:本站   作者:管理员   人气:521次

激光光谱气体传感技术在气候变暖、火星探测、海洋勘探、生物医疗等诸多领域具有举足轻重的地位。全球环境、生态以及能源问题的不断恶化,对光学气体传感的多物质、甚至未知成分的分析能力提出了更高要求,在宽光谱波段范围内, 需要快速准确地获取其精细光谱信息。

近日,中科院长光所应用光学国家重点实验室王强研究员团队和香港中文大学的任伟教授团队创造性地提出了双光梳光热光谱方法(DC-PTS),首次实现了基于光频梳的气体分子光热光谱测量。研究成果以Dual-comb Photothermal Spectroscopy为题发表在国际权威期刊Nature Communications,文章链接:https://doi.org/10.1038/s41467-022-29865-6。其中,中科院长光所的王强研究员与香港中文大学的王震博士为该论文的共同第一作者,香港理工大学靳伟教授团队和暨南大学汪滢莹教授团队提供了关键的反谐振空芯光纤器件。


双光梳光热光谱方法概念图

DC-PTS的原理如图所示,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。由于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。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。

研究人员所提出的双光梳光热光谱方法不仅具备单波长激光光谱测量的高选择性和快速响应特点,同时光频梳和光热光谱技术的融合使得同时具备宽光谱、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。





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