梳狀二維相干光譜藝術概念圖

密歇根大學的科學家研發(fā)了多維光譜技術用于識別爆炸性危險氣體

美國密歇根大學的科學家已經(jīng)研制出一種新的用激光可以快速且精準地探測化學物質(zhì)比如像爆炸性危險氣體的方法。密歇根大學的Steven Cundiff教授說：“這個方法最終將可以運用到機場的安保系統(tǒng)中，或者在環(huán)境監(jiān)測中探測污染物，甚至是在戰(zhàn)場上探測對人體有害的化學物質(zhì)。”

這項由物理研究員Bachana Lomsadze主持進行的研究已經(jīng)在《Science》上發(fā)表了。

Lomsadze和Cundiff 的這種方法結(jié)合了兩可以加速激光探測化學物質(zhì)的種技術，同時又能保證精確性。第一種技術是基于跟核磁共振光譜法一樣的原理，也就是用無線電頻率去識別分子結(jié)構(gòu)的方法。

研究人員在這里使用的是一種叫做MIDCS(多維相干光譜)的方式，MIDCS使用超短激光脈沖可以精確地識別目標氣體。當科學家通過氣體混合物反射激光脈沖時，那些脈沖可以讀取某些氣體吸收的特定波長的光。

條碼效果

Cundiff對此說道：“發(fā)送光譜通過樣品氣體將導致某些波長的吸收，在離開的透射光中留下黑色條紋，透射光中的黑色條紋像條碼一樣顯示出來，以告訴人們樣本氣體中的分子成分。”他接著補充到：“科學家們一直在嘗試相似的、更簡單的辦法。許多重要的分子對特定波長在可見和紅外范圍內(nèi)都有豐富的光譜，但是當科學家試圖檢測混合氣體時，這個過程就變得困難起來。之前，科學家依靠拿他們檢測的物質(zhì)跟分子表作對比，這個過程需要性能很好的電腦和很長很長的時間。”

“我們用傳統(tǒng)方式來進行MIDCS的辦法需要用到15分鐘至幾個小時的時間，為了在提高速度的同時又能保證精確度，我們把另一個叫做雙梳光譜的方法與MIDCS結(jié)合了起來。”

頻率梳產(chǎn)生由等間隔的清晰的線組成的光譜，其用作標尺以極高精度測量原子和分子的光譜特征。使用兩個頻率梳（雙重）提供了一種簡練的方式來快速獲取高分辨率光譜，而不需要諸如角隅棱鏡的機械活動元件，這些機械活動元件通常限制了研究人員測量光譜的速度。

密歇根大學的Cundiff實驗室團隊，右邊為Steven Cundiff教授

實際應用

“這個方法能夠使多維相干光譜法走出實驗室并運用到一些實際應用當中去，例如偵測爆炸物或者監(jiān)測大氣成分” Cundiff教授如是說道。

Lomsadze和Cundiff將其方法應用到含有兩個銣同位素的銣原子蒸氣中時，兩個同位素的吸收譜線頻率差太小以至于無法用MDCS的傳統(tǒng)方式觀察到，然而通過使用梳狀光譜，密歇根大學的研究人員就能夠根據(jù)兩個同位素之間的能量水平如何耦合來解決吸收線問題以及分配同位素的光譜。

接下來，科學家計劃再原有的兩個激光器的基礎上在加上第三個激光器，這樣能夠以更快的速率進行氣體識別。他們還計劃用基于光纖的激光器，以便于讓他們進一步地觀察紅外光，這將擴大他們能識別的化學物質(zhì)的數(shù)量。


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