由光学学会 研究人员报告称，第一台双梳光谱仪的采集速度为10千兆赫
这里显示了他们使用的光学设置
信用:大卫R
卡尔森、国家标准与技术研究所和博尔德科罗拉多大学 研究人员开发了一种先进的光谱仪，可以以极高的速度获取数据
新的分光计可用于多种应用，包括遥感、实时生物成像和机器视觉
分光计测量物质吸收或发射的光的颜色
然而，使用这种系统进行复杂和详细的测量通常需要很长的数据采集时间
“我们的新系统可以在几微秒内测量一个光谱，”研究小组组长斯科特·B说
美国国家标准与技术研究所和科罗拉多大学博尔德分校的Papp
“这意味着它可以用于发电厂或喷气发动机动态环境中的化学研究，用于生产线上飞行的药物或半导体的质量控制，或者用于生物样品的视频成像
" 在光学学会杂志《光学快报》上，主要作者大卫·R
卡尔森和同事丹尼尔·D
Hickstein和Papp报道了第一台脉冲重复频率为10千兆赫的双梳状谱仪
他们通过对加压气体和半导体晶片进行光谱学实验来证明这一点
“已知频率梳对光谱学很有用，”卡尔森说
“我们的研究重点是构建新的高速频率梳，使光谱仪的运行速度比当前技术快数百倍
" 更快地获取数据 双梳光谱学使用两个光源，被称为光学频率梳，它们发射一系列颜色——或频率——像梳子上的齿一样完美地间隔开
频率梳对光谱学很有用，因为它们提供了可以用来区分各种物质的各种颜色
为了创建一个具有极快采集速度和广泛颜色的双梳光谱系统，研究人员汇集了几个不同学科的技术，包括纳米制造、微波电子学、光谱学和显微术
基于芯片的纳米光子非线性波导是这个新系统的关键组成部分，因为它们允许非常有效地将光从一种波长转换到另一种波长，以产生超连续谱
这里显示了非线性波导芯片的特写
信用:大卫R
卡尔森、国家标准与技术研究所和博尔德科罗拉多大学 新系统中的频率梳使用由电子信号驱动的光调制器，将连续的激光束切割成一系列非常短的脉冲
这些光脉冲通过微芯片上的纳米光子非线性波导，同时产生多种颜色的光
这种多色输出被称为超连续光谱，可以用来对固体、液体和气体进行精确的光谱测量
基于芯片的纳米光子非线性波导是这一新系统的关键组成部分
这些通道将光限制在一厘米长但只有几纳米宽的结构中
它们的小尺寸和低光损耗与它们所用材料的特性相结合，使它们能够非常有效地将一种波长的光转换成另一种波长的光，从而产生超连续谱
卡尔森说:“与大多数其他双梳系统相比，频率梳源本身也是独一无二的，因为它是通过用电光调制器将连续激光束切割成脉冲而产生的。”
“这意味着激光器的可靠性和可调性在各种操作条件下都非常高，这是在实验室环境之外考虑未来应用时的一个重要特征
" 分析气体和固体 为了证明新的双梳光谱仪的多功能性，研究人员使用它对不同压力的气体进行线性吸收光谱分析
他们还以稍微不同的配置操作它，对半导体材料进行被称为非线性拉曼光谱的高级分析技术
非线性拉曼光谱，使用光脉冲来表征样品中分子的振动，以前还没有使用电光频率梳来实现
以千兆赫脉冲速率工作的电光梳可能具有的高数据采集速度是对快速和不可重复事件进行光谱测量的理想选择
“在爆炸或燃烧事件中，分析和捕捉化学信号是可能的，”卡尔森说
“同样，在生物成像中，无需化学标记就能实时生成活组织图像的能力对生物研究人员来说非常有价值
" 研究人员现在正致力于改善该系统的性能，使其适用于实时生物成像等应用，并简化和缩小实验设置，以便在实验室外操作
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