梳狀二維相幹光譜藝術概念圖

密歇根大學的科學家研發了多維光譜技術用於(yu) 識別爆炸性危險氣體(ti)

美國密歇根大學的科學家已經研製出一種新的用激光可以快速且精準地探測化學物質比如像爆炸性危險氣體(ti) 的方法。密歇根大學的Steven Cundiff教授說：“這個(ge) 方法最終將可以運用到機場的安保係統中，或者在環境監測中探測汙染物，甚至是在戰場上探測對人體(ti) 有害的化學物質。”

這項由物理研究員Bachana Lomsadze主持進行的研究已經在《Science》上發表了。

Lomsadze和Cundiff 的這種方法結合了兩(liang) 可以加速激光探測化學物質的種技術，同時又能保證精確性。第一種技術是基於(yu) 跟核磁共振光譜法一樣的原理，也就是用無線電頻率去識別分子結構的方法。

研究人員在這裏使用的是一種叫做MIDCS(多維相幹光譜)的方式，MIDCS使用超短激光脈衝(chong) 可以精確地識別目標氣體(ti) 。當科學家通過氣體(ti) 混合物反射激光脈衝(chong) 時，那些脈衝(chong) 可以讀取某些氣體(ti) 吸收的特定波長的光。

條碼效果

Cundiff對此說道：“發送光譜通過樣品氣體(ti) 將導致某些波長的吸收，在離開的透射光中留下黑色條紋，透射光中的黑色條紋像條碼一樣顯示出來，以告訴人們(men) 樣本氣體(ti) 中的分子成分。”他接著補充到：“科學家們(men) 一直在嚐試相似的、更簡單的辦法。許多重要的分子對特定波長在可見和紅外範圍內(nei) 都有豐(feng) 富的光譜，但是當科學家試圖檢測混合氣體(ti) 時，這個(ge) 過程就變得困難起來。之前，科學家依靠拿他們(men) 檢測的物質跟分子表作對比，這個(ge) 過程需要性能很好的電腦和很長很長的時間。”

“我們(men) 用傳(chuan) 統方式來進行MIDCS的辦法需要用到15分鍾至幾個(ge) 小時的時間，為(wei) 了在提高速度的同時又能保證精確度，我們(men) 把另一個(ge) 叫做雙梳光譜的方法與(yu) MIDCS結合了起來。”

頻率梳產(chan) 生由等間隔的清晰的線組成的光譜，其用作標尺以極高精度測量原子和分子的光譜特征。使用兩(liang) 個(ge) 頻率梳（雙重）提供了一種簡練的方式來快速獲取高分辨率光譜，而不需要諸如角隅棱鏡的機械活動元件，這些機械活動元件通常限製了研究人員測量光譜的速度。

密歇根大學的Cundiff實驗室團隊，右邊為(wei) Steven Cundiff教授

實際應用

“這個(ge) 方法能夠使多維相幹光譜法走出實驗室並運用到一些實際應用當中去，例如偵(zhen) 測爆炸物或者監測大氣成分” Cundiff教授如是說道。

Lomsadze和Cundiff將其方法應用到含有兩(liang) 個(ge) 銣同位素的銣原子蒸氣中時，兩(liang) 個(ge) 同位素的吸收譜線頻率差太小以至於(yu) 無法用MDCS的傳(chuan) 統方式觀察到，然而通過使用梳狀光譜，密歇根大學的研究人員就能夠根據兩(liang) 個(ge) 同位素之間的能量水平如何耦合來解決(jue) 吸收線問題以及分配同位素的光譜。

接下來，科學家計劃再原有的兩(liang) 個(ge) 激光器的基礎上在加上第三個(ge) 激光器，這樣能夠以更快的速率進行氣體(ti) 識別。他們(men) 還計劃用基於(yu) 光纖的激光器，以便於(yu) 讓他們(men) 進一步地觀察紅外光，這將擴大他們(men) 能識別的化學物質的數量。


翻譯/Nick
Source: https://optics.org/news/8/10/9