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法国学者开发出一种高性能光学腔 太赫兹波能在里面反弹3000次
发布时间:2019-12-02 22:21:01 阅读:46

来源:博科园

    11月24日消息,一项新研究进展增加使用太赫兹波长进行化学分析的高分辨率光谱仪的灵敏度,这种较高的灵敏度可以使许多应用受益,例如分析工业排放物中发现的复杂气体混合物,以及检测患者呼吸中的疾病生物标志物,它还可能促使通过气体检测来检测食品腐败的新方法。在光学学会(OSA)高影响力研究期刊《Optica》中,由法国欧佩尔大学Gaël Mouret领导的研究人员,报道了一种新用于太赫兹频率的高性能光学腔。

    使用这种腔演示了第一个令人信服,太赫兹频率下的腔增强光谱学。太赫兹频率介于电磁波光谱上的微波和红外光波之间,对于光谱气体分析,太赫兹频率提高了区分样品中分子和检测各种分子的能力,然而充分利用这些频率所需的技术仍在开发中。有几项研究已经使用太赫兹频率来分析排放到大气中的工业气体,但它们都因缺乏敏感性而受到阻碍。而新光腔将扩大可以用太赫兹气相光谱学识别的分子类型,并提高可行的检测水平。

    提高灵敏度

    研究人员使用最新可用的组件来构建一个高精确度太赫兹光腔,一组镜子和一个限制光多次反射的波导。高精细光学腔表现出非常低的光损耗,因此能让光在离开腔之前在镜子之间反弹更多次。新部件包括一个低损耗的圆形波纹波导和两个特别设计的高反射光子反射镜,可以在太赫兹频率下很好地工作。对于腔增强光谱,气体混合物被放置在光学腔中,在那里它与里面的光相互作用,新腔体允许太赫兹波在退出前来回反弹约3000次。

    这意味着在一个只有50厘米长的谐振器内,被分析的分子在大约一公里的有效距离上与太赫兹频率相互作用。当波在周围反弹时,它们可以被存在的任何分子多次吸收,从而可以进行非常灵敏的测量。具有这种技巧的腔体以前在太赫兹频率下是不可用的,这一进步使太赫兹频率可以应用于许多已经在红外中使用的高灵敏度技术。为了用新设备演示气体的空腔增强光谱,研究人员分析了羰基硫化物气体的样本,这是在大气中自然发现的。

    检测稀有分子

    虽然气体样品含有许多羰基硫化物的同位素,但研究人员能够测量出一种非常稀有的同位素,其浓度仅为每50000个分子中有一个分子存在。测量样品中不同化学同位素的比率可用于确定污染物来源。研究人员计划扩大光谱仪的频率范围,以便它可以用于分析更复杂的分子和混合物。研究表明,现在可以很容易地建造高精细太赫兹空腔,并使用它们来测量高分辨率的气体,这可能有助于改善对从环境和工业污染到医药等应用中存在大量低含量气体的监测。

    关于太赫兹波

    THz波(太赫兹波)是从上个世纪80年代中后期,才被正式命名的,在此以前科学家们将统称为远红外射线。太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波,波长大概在0.03到3mm范围,介于微波与红外之间。

 
 

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