來自中國科學院上海光學精密機械研究所的最新研究，探測出了一種新的大氣探測新工具。

超快激光技術以其高峰值功率、短脈衝(chong) 持續時間和寬光譜覆蓋的獨特優(you) 勢，為(wei) 大氣汙染物和有害生物化學劑的遙感提供了新的策略。特別是，空氣激光由於(yu) 能夠在戶外產(chan) 生無腔光放大，在大氣遙感中顯示出良好的前景。它適合作為(wei) 大氣診斷的探針。

實驗裝置。M1，M2：反射鏡；L1-L5：透鏡；SP：藍寶石板；BBO：β-硼酸鋇；DM1-DM3：二向色鏡；GT：格蘭(lan) -泰勒棱鏡；F1：中心波長為(wei) 428的窄帶濾波器 nm和1的帶寬 納米；F2：可變濾波器的組合，用於(yu) 記錄不同波長的拉曼信號。泵浦、種子和空氣激光的偏振狀態和時間序列示意圖如插圖所示。來源：Ultrafast Science (2022). DOI: 10.34133/2022/9761458

最近，中國科學院上海光學精密機械研究所（SIOM）的一個(ge) 研究團隊提出了一種空氣激光輔助相幹拉曼光譜，該光譜實現了兩(liang) 種溫室氣體(ti) 的定量測量和同時檢測，以及CO2同位素的識別。檢測靈敏度達到0.03%，最小信號波動約為(wei) 2%。

這項研究發表在4月8日的《超快科學》雜誌上。

飛秒激光與(yu) 空氣分子的極非線性相互作用激發了分子氮離子的光學增益，並實現了1000倍以上的種子放大，從(cong) 而產(chan) 生線寬為(wei) 13 cm-1的428 nm空氣激光。

基於(yu) 空氣激光的拉曼光譜溫室氣體(ti) 檢測的基本原理。

同時，經過非線性傳(chuan) 輸後，泵浦激光的光譜寬度達到3800 cm-1，比入射激光的光譜寬一個(ge) 數量級以上。

因此，它能夠激發大多數汙染物和溫室氣體(ti) 的分子相幹振動。當空氣激光遇到相幹振動的分子時，它將有效地產(chan) 生相幹拉曼散射。通過記錄拉曼信號和空氣激光的頻率差，即拉曼指紋，可以確定分子身份信息。

典型拉曼光譜。

空氣激光輔助相幹拉曼光譜結合了飛秒激光和空氣激光的優(you) 點。飛秒激光具有較寬的光譜覆蓋範圍和較短的脈衝(chong) 持續時間，可以同時激發多個(ge) 分子的相幹振動。空氣激光具有較窄的光譜寬度，能夠區分不同分子的拉曼指紋。因此，該技術可以滿足多組分測量和化學特異性的需要。

此外，研究人員證明，該技術可用於(yu) 多組分同時測量和區分12CO2和13CO2。同時測量各種汙染物和溫室氣體(ti) 以及檢測CO2同位素對於(yu) 追蹤空氣汙染源和研究碳循環具有重要意義(yi) 。

然而，對於(yu) 痕量氣體(ti) 遠程檢測的實際應用，有必要將檢測靈敏度提高到ppm甚至ppb水平，並將檢測距離從(cong) 實驗室尺度擴展到公裏尺度。

拉曼信號的強度是氣體(ti) 壓力的函數。

來源：High-Sensitivity Gas Detection with Air-Lasing-Assisted Coherent Raman Spectroscopy, Ultrafast Science (2022). DOI: 10.34133/2022/9761458