梳状二维相干光谱艺术概念图

密歇根大学的科学家研发了多维光谱技术用于识别爆炸性危险气体

美国密歇根大学的科学家已经研制出一种新的用激光可以快速且精准地探测化学物质比如像爆炸性危险气体的方法。密歇根大学的Steven Cundiff教授说：“这个方法最终将可以运用到机场的安保系统中，或者在环境监测中探测污染物，甚至是在战场上探测对人体有害的化学物质。”

这项由物理研究员Bachana Lomsadze主持进行的研究已经在《Science》上发表了。

Lomsadze和Cundiff 的这种方法结合了两可以加速激光探测化学物质的种技术，同时又能保证精确性。第一种技术是基于跟核磁共振光谱法一样的原理，也就是用无线电频率去识别分子结构的方法。

研究人员在这里使用的是一种叫做MIDCS(多维相干光谱)的方式，MIDCS使用超短激光脉冲可以精确地识别目标气体。当科学家通过气体混合物反射激光脉冲时，那些脉冲可以读取某些气体吸收的特定波长的光。

条码效果

Cundiff对此说道：“发送光谱通过样品气体将导致某些波长的吸收，在离开的透射光中留下黑色条纹，透射光中的黑色条纹像条码一样显示出来，以告诉人们样本气体中的分子成分。”他接着补充到：“科学家们一直在尝试相似的、更简单的办法。许多重要的分子对特定波长在可见和红外范围内都有丰富的光谱，但是当科学家试图检测混合气体时，这个过程就变得困难起来。之前，科学家依靠拿他们检测的物质跟分子表作对比，这个过程需要性能很好的电脑和很长很长的时间。”

“我们用传统方式来进行MIDCS的办法需要用到15分钟至几个小时的时间，为了在提高速度的同时又能保证精确度，我们把另一个叫做双梳光谱的方法与MIDCS结合了起来。”

频率梳产生由等间隔的清晰的线组成的光谱，其用作标尺以极高精度测量原子和分子的光谱特征。使用两个频率梳（双重）提供了一种简练的方式来快速获取高分辨率光谱，而不需要诸如角隅棱镜的机械活动元件，这些机械活动元件通常限制了研究人员测量光谱的速度。

密歇根大学的Cundiff实验室团队，右边为Steven Cundiff教授

实际应用

“这个方法能够使多维相干光谱法走出实验室并运用到一些实际应用当中去，例如侦测爆炸物或者监测大气成分” Cundiff教授如是说道。

Lomsadze和Cundiff将其方法应用到含有两个铷同位素的铷原子蒸气中时，两个同位素的吸收谱线频率差太小以至于无法用MDCS的传统方式观察到，然而通过使用梳状光谱，密歇根大学的研究人员就能够根据两个同位素之间的能量水平如何耦合来解决吸收线问题以及分配同位素的光谱。

接下来，科学家计划再原有的两个激光器的基础上在加上第三个激光器，这样能够以更快的速率进行气体识别。他们还计划用基于光纤的激光器，以便于让他们进一步地观察红外光，这将扩大他们能识别的化学物质的数量。


翻译/Nick
Source: http://optics.org/news/8/10/9