发布时间：2024-03-27 17:18:44 栏目：精选百科
马克斯·普朗克量子光学研究所(MPQ)的研究人员成功开发了一种破译光和物质特性的新技术，可以同时检测和精确量化许多具有高化学选择性的物质。他们的技术在非常微弱的光水平下询问紫外光谱区域的原子和分子。在弱光条件下进行实验的令人兴奋的前景为光子级诊断的新应用铺平了道路，例如用于地球大气层或太空望远镜中的物理和紫外光化学基础测试的单个原子或分子的精密光谱。这项工作今天发表在科学杂志《自然》上。
紫外光谱在原子中的电子跃迁和分子中的电子振动跃迁的研究中起着至关重要的作用。这些研究对于基础物理学、量子电动力学理论、基本常数的确定、精密测量、光学时钟、支持大气化学和天体物理学的高分辨率光谱以及强场物理学的测试至关重要。马克斯·普朗克量子光学研究所 Nathalie Picqué 团队的科学家们现已在紫外光谱领域取得了重大飞跃，成功地在紫外光谱范围内实现了高分辨率线性吸收双梳光谱。这一突破性的成就为在弱光条件下进行实验开辟了新的可能性，为各个科学技术领域的新颖应用铺平了道路。
双梳光谱是一种在宽光谱带宽上实现精确光谱的强大技术，主要用于气相小分子的红外线性吸收。它依赖于测量重复频率略有不同的两个频率梳之间的时间相关干扰。频率梳是均匀分布、相位相干的激光线的光谱，其作用就像一把尺子，可以极其精确地测量光的频率。双梳技术不受传统光谱仪相关几何限制的影响，并且在高精度和准确度方面具有巨大潜力。
双梳光谱现在可用于低光强度
Nathalie Picqué 和她的一些团队成员在 MPQ 的双梳实验室之一。
然而，双梳光谱通常需要强激光束，使其不太适合低光水平至关重要的场景。MPQ 团队现已通过实验证明，双梳光谱可以在光线不足的条件下有效使用，其功率水平比通常使用的功率水平弱一百万倍以上。这一突破是通过使用两种不同的实验装置和不同类型的频率梳发生器实现的。该团队开发了一种光子级干涉仪(图1)，可以准确记录光子计数的统计数据，显示基本极限的信噪比。这一成就凸显了实验中可用光的最佳利用，并为双梳光谱在低光水平必不可少的挑战性场景中开辟了前景。
MPQ 研究人员解决了与生成紫外频率梳和构建具有长相干时间的双梳干涉仪相关的挑战，为这一令人垂涎的目标的进展铺平了道路。他们巧妙地控制了两个梳状激光器的相互相干性，每条梳线为一飞瓦，展示了在超过一小时的时间内干涉信号计数统计的最佳建立。“我们的低光干涉测量创新方法克服了非线性频率转换效率低下带来的挑战，为将双梳光谱扩展到更短的波长奠定了坚实的基础”，领导该项目的博士后科学家徐冰心评论道。实验。
事实上，一个令人兴奋的未来应用是短波长双梳光谱的发展，以在宽光谱范围内实现精确的真空和极紫外分子光谱。目前，宽带极紫外光谱的分辨率和精度有限，并且依赖于专门设施中的独特仪器。“紫外双梳光谱虽然是一个具有挑战性的目标，但由于我们的研究，现在已成为一个现实的目标。重要的是，我们的研究结果将双梳光谱学的全部功能扩展到低光条件下，从而开启了精密光谱学、生物医学传感和环境大气探测方面的新应用。”Nathalie Picqué 总结道。
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