马克斯·普朗克学会 光子计数双梳光谱仪
两个脉冲重复频率略有不同的锁模飞秒激光束被分束器叠加
一个输出在通过样品并到达光子计数检测器之前被高度衰减
在比通常使用的弱10亿倍的功率水平下，探测到的光子的统计数据携带了关于样品及其可能高度复杂的光谱的信息
荣誉:马克斯·普朗克量子光学研究所 我们的眼睛只对三种光谱色带(红、绿、蓝)敏感，如果颜色变得非常暗，人们就无法再辨别颜色
光谱学家可以通过光波的频率来识别更多的颜色，并且可以通过光谱指纹来区分原子和分子
在一项原理验证实验中，来自马克斯-普朗克量子光学研究所(MPQ)和路德维希-马西米兰大学(LMU)的娜塔莉·皮科特和西奥多·汉斯奇现在已经在几乎完全黑暗的环境中记录了近10万种颜色的宽光谱
该实验使用了两个锁模飞秒激光器和一个单光子计数探测器
该结果刚刚发表在《美国国家科学院院刊》上
锁模飞秒激光发射数十万条频率均匀分布的尖锐谱线
这种激光频率梳现在被广泛用于计算激光波的振荡，并在光学原子钟中用作时钟
当2005年诺贝尔物理学奖授予西奥多·汉斯和约翰·L时，频率梳技术已经被强调
大厅
在过去的15年里，MPQ的娜塔莉·皮奎利用频率梳为宽带光学光谱学提供了新的方法
在她的双梳光谱学技术中，一个激光器的所有梳线在宽光谱范围内同时询问样品，具有稍微不同间距的第二个激光器的梳线在快速光电探测器上干涉以便读出
成对的梳状线，每个激光器一条，在探测器信号中产生射频拍音
这些射频信号可以被计算机数字化和处理
样品中的任何光谱结构都以射频信号梳中的相应模式重新出现
光信号通过一个大的因子被有效地减慢，该因子等于激光重复频率除以重复频率的差
这种强大的光谱工具的独特优势包括几乎无限的光谱分辨率、可能的原子钟校准，以及无需任何扫描或机械移动部件即可获得高度一致的复杂光谱
Picqué和nsch现已证明，双梳光谱学可以扩展到光子计数范围内的极低光强
在光子计数检测器的点击统计中可以观察到干涉信号，即使功率很低，平均在2000个激光脉冲的时间内只记录到一次点击
在这种情况下，两个光子(一个来自一个激光器)同时出现在检测路径中的可能性极小
如果在探测之前假设光子存在，这个实验就不能直观地解释
在比通常使用的低十亿倍的光强下工作的能力为双梳光谱学开辟了有趣的新前景
娜塔莉·皮克凯说:“这种方法现在可以扩展到最微弱的频率梳源可用的光谱区域，例如极紫外或软x光区域
光谱信号可以通过高衰减材料或远距离反向散射获得
从纳米级样品到单个原子或分子提取双梳状光谱变得可行，这种光谱只产生微弱的荧光信号
" 西奥多·汉斯记得在实验室里，当一个干涉图案第一次出现在探测器点击的统计数据中时:“我感到激动
即使在激光光谱学领域工作了50多年，对我来说，单个探测到的光子能够“意识到”具有大量梳状线的两个激光器和样品的复杂光谱，这似乎是非常违背直觉的
"
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