来源：phys.org；电子科技大学太赫兹研究中心 四川太赫兹应用研究联合课题组 张倬诚 编译

脉冲激光：快速，准确地分析气体的关键。来源：苏黎世联邦理工学院/ Sandro Link

    环境中的气体可以使用所谓的双频梳快速、精确地进行光谱探测。ETH的研究人员现在已经开发出一种方法，通过这种方法可以比以前更简单和便宜地创建这种频率梳。

    与简单的灯发出的光相反，激光具有非常精确的频率。这使得它非常适用于光谱研究，其物质的性质基于它们吸收光的频率确定。完整的光谱分析通常需要一点耐心，因为激光的频率必须逐渐改变（“扫描”），以获得完整的光谱图。在苏黎世联邦理工学院（ETH）的一个物理学家、量子电子研究所的Ursula Keller领导下，已经展示了一种可以导致将来更简单更快速的光谱调查的开创性方法。为此，他们开发了一种用于创建所谓的双频梳的新技术。结果现已发表在“科学”杂志上。

    一个由光制成的标尺

    相比于正常激光器以单频发光，频率梳具有彼此恒定距离的大量频率，就像标尺上的标记一样。这可以通过使用产生极短周期光脉冲的激光来实现。这种脉冲串具有梳状频谱，其可以使用特定光学材料进一步扩大。 2005年，诺贝尔奖被授予基于激光的精密光谱学，包括光学频率梳理技术，Ursula Keller与PTB Braunschweig的Harald Telle1999年合作发明了稳定梳子的关键技术。

    原则上，可以使用这种频率梳来探测同时具有许多频率的物质。在普通光谱中，激光的一部分通过待研究的材料发送，另一部分用作参考。激光器的频率现在稳定地被扫描，并且同时使用两个光电探测器相对于参考光束来测量物质对激光的吸收。从该频率扫描获得物质的特征谱图。不幸的是，这不能直接应用于频率梳。同时包含在梳中的不同频率肯定会被不同地吸收。然而，光电检测器将无法将它们分开。为了做到这一点，它必须直接记录光的单独的叠加振荡，然而由于其高频数百兆赫兹（每秒千亿次振荡），实际上这是不可能的。

该新方法使用发射两个不同脉冲周期的单个激光器。通过样品材料发送两个光束产生可以使用常规电子设备测量的拍频。来源：苏黎世联邦理工学院/ Sandro Link

    凯勒及其同事开发的技术，将这些快速且不可直接测量的振荡转化成较慢的振荡，可以用常规电子元件轻松检测。这个过程依赖于一种以类似形式用钢琴调音器使用的技巧。 为了获得相同音调的不同和弦的相等调谐，钢琴调谐器使用由两个不同频率的叠加产生的拍子。 节拍以对应于两个叠加频率的差的速度脉动。

    ETH的研究人员使用了非常类似的方法，在这种方法中，它们创建了第二个频率梳，其频率与第一个频率梳具有稍微不同的间隔。这产生频率对，每个频率导致稍微不同的拍频。 这些拍频现在处于兆赫兹状态，可以使用光电探测器轻松测量。

    两个频率梳为一个的价格

    这种双梳状光谱已经存在了几年，但是现在ETH开发的技术使得它变得相当简单和便宜，博士生Sandro Link，本文的第一作者，他解释说：“真正的新奇是我们用一个激光器而不是两个激光器创建两个频率梳，这两个频率梳相对于彼此必须要非常稳定。他们使用的技巧在于插入到激光器中的双折射晶体，这导致光根据其极化（即电磁波的振荡方向）而稍微不同的距离行进。因此，由此产生的两个激光束具有稍微不同的脉冲周期，这又导致具有不同频率间隔的频率梳。由于两个频率梳由相同的激光产生，因此使它们彼此稳定成为多余的。

    新技术的一些可能的应用呈现在自己身上。由于它允许在不到千分之一秒内产生完整的光谱图，所以它非常适用于测量环境中或工厂废气中物质的浓度。石油化工环境中的快速流动气体也可以快速分析，例如监测和控制生产过程。