研究人员用先进的光谱技术证明了记录的速度

naichabei1个月前科学与科技11

研究人员开发了一种先进的分光计,可以以极高的速度获取数据。新的光谱仪可用于多种应用,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,使用此类系统进行复杂和详细的测量通常需要较长的数据采集时间。

来自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研究小组负责人斯科特·B·帕普说:“我们的新系统可以在几微秒内测量出光谱。”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,用于生产线上飞过的药品或半导体的质量控制,或用于生物样品的视频成像。”

在光学学会(OSA)期刊《光学快报》上,主要作者大卫·R·卡尔森和他的同事丹尼尔·D·希克斯坦和帕普报告了第一台脉冲重复频率为10千兆赫兹的双梳状光谱仪。他们通过在加压气体和半导体晶圆上进行光谱实验来证明这一点。

卡尔森说:“众所周知,频率梳对光谱学是有用的。”我们的研究重点是建立新的高速频率梳,使光谱仪的运行速度比现有技术快数百倍。”

更快地获取数据

双梳状光谱学使用两个光源,称为光学频率梳,它发射出的颜色或频率的光谱与梳子上的牙齿间隔得很好。频率梳对于光谱学是有用的,因为它们提供了一个广泛的颜色范围,可以用来区分各种物质。

为了创建一个具有快速采集和广泛颜色范围的双梳状光谱系统,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、光谱学和显微镜学。

基于芯片的纳米光子非线性波导是这一新系统的关键部件,因为它们可以非常有效地将光从一个波长转换到另一个波长,从而产生超连续谱。这里显示了非线性波导芯片的特写。作者:大卫·R·卡尔森,国家标准与技术研究所和科罗拉多大学博尔德分校

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。这种被称为超连续谱的多色输出可以用来对固体、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部件。这些通道将光限制在一厘米长但只有纳米宽的结构中。它们的体积小,光损耗低,再加上制造它们的材料的特性,使它们能够非常有效地将光从一个波长转换到另一个波长,从而产生超连续谱。

卡尔森说:“与大多数其他双梳状系统相比,频率梳形光源本身也很独特,因为它是通过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可以达到极高的水平,这是在实验室环境之外观察未来应用的一个重要特征。”


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