【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】化学化合物都在2至12微米的中红外光谱范围内具有独特的吸收“指纹”。这为测量和研究极度敏感水平的化学品提供了机会，但是研究人员缺乏在中红外范围内操作所需的工具，如激光和探测器。最近推动开发新工具来帮助更详细地查看和测量这些化合物。在突破中，美国国家标准与技术研究院的一组研究人员开发了一种硅上芯片激光光源，其输出由中红外光谱区域内的精确定义的等距光线组成。他们在APL Photonics上报告他们的发现。NIST的博士后研究员Nima Nader说：这些被称为频率梳的激光器“充当光的”尺子“，并有许多应用 - 从传输时间标准和改进GPS信号到精密光谱学。
用于片上中红外频梳激光器的制造光子波导的扫描电子显微照片。图片版权：国家标准与技术研究院，应用物理部，量子纳米光子学组
对于光谱应用，这种类型的相干光源可以通过含有未知气体的样品池。这些气体吸收一些光线，并在非常特定的梳齿线上留下指纹。研究人员可以根据气体数据库检查这些生产线，以确定存在的特定化学品。除此之外，激光源的连贯特性“可以实现光线的长距离传播，因此可以远距离研究化学样品，而无需直接接触，由于频率梳是稳定的激光源，因此它们可以检测到非常低的化学品水平，并提高我们测量的灵敏度。这些光源是在一个紧凑的，基于硅的集成光子学平台上制造的，该平台能够在单个小面积芯片上制造数百个器件（在这种情况下，频率梳）。
每个设备的设计都是为了产生具有定制光谱形状，带宽和光功率分布的梳状光学线路的中红外光谱。这些激光源“与工作之前开发的传统频率梳相比具有连贯性和低噪声性，还首次报道了带有中红外频率梳子源的气体样品的双梳子光谱学，它利用硅光子平台。这些发展改进了常规技术，如傅里叶变换红外光谱。具有中等功率和工程光谱的实用宽带低噪声中红外频率梳可以提高中红外光谱的频率精度，灵敏度和数据采集速率。
用户控制和设计的多频带光谱非常适合需要并行multicomb操作的应用，例如用于实时原位化学合成监控，近场显微镜和遥感的点传感器，这些传感器可以显着提高诸如呼吸分析仪，癌症检测，爆炸物追踪和检测以及药物合成监测等工具和技术的检测灵敏度。下一步是将NIST频率梳的光学带宽推向更长的红外波长和更高的光功率。也正在努力减少他们的占地面积和功耗，以创建更高效率的紧凑型系统。
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内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：美国物理联合会
编译：光量子
审校：博科园
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