超快飞秒光学新工具！单腔双光梳的气体光谱应用前景
超快飞秒光学新工具！单腔双光梳的气体光谱应用前景
单腔双光梳技术是近年来光学领域备受瞩目的研究方向之一。这项技术不仅在光谱分析、激光测距、厚膜检测、泵浦探测等领域具有重要应用前景，还为研究精密光谱学、量子光学、光子学等提供了全新的研究平台。本文将详细介绍单腔双光梳技术在气体光谱应用中的原理和优势。
单腔双光梳技术是近年来光学领域备受瞩目的研究方向之一。它利用了光学微腔的特殊结构和双光梳的高度频率稳定性，实现了在单个微腔中同时产生两个频率间隔均匀的光学频率梳。这项技术不仅在光谱分析、激光测距、厚膜检测、泵浦探测等领域具有重要应用前景，还为研究精密光谱学、量子光学、光子学等提供了全新的研究平台。
气体传感和光谱分析
气体光谱学是一种应用广泛的强大技术，其被广泛用于环境监测、工业过程控制、大气研究、燃烧分析等多个领域。通过测量光与气体分子之间的相互作用，光谱学为我们提供了一种深入了解气体组成、浓度以及其他属性的重要工具。
在气体光谱学中，光谱分析法是常用的手段之一。这类方法一般利用干涉仪测量光强随波长的变化情况。与传统方法相比，傅里叶变换光谱具有同时捕获整个光谱的优势，使得其能在单次测量中分析多种气体物种，极大地提高了效率和准确性。
关键挑战：傅里叶变换光谱测量中的光学延迟扫描
传统的傅里叶变换光谱在实现高分辨率和高刷新率方面面临着挑战。光谱分辨率受到干涉仪臂长差异的限制，这可能需要直接的光学延迟路径调整。此外，傅里叶变换光谱中使用的机械扫描机制通常会在速度、灵敏度和可靠性方面带来限制。这些限制推动了对替代方法的探索，克服这些挑战就可以在气体光谱应用中获得更好的性能。
双梳光谱
双梳光谱是一种尖端技术，其利用频率梳的独特特性来实现具有高刷新速率的高分辨率气体光谱。与传统的光谱方法不同，双梳光谱不依赖机械扫描或移动部件。相反，它利用两个精确控制的频率梳来生成稳定且相干的时间干涉图案，并通过简单的傅立叶变换从中提取光谱信息。此外，双梳光谱提供高速的刷新率，允许实时、连续地监测气体样品。使用简单的光电二极管，便可以快速捕获整个气体光谱而无需任何机械扫描来实现高速数据采集。这种高刷新率对于实时测量至关重要的动态气体分析和过程特别有价值。
使用单腔双梳激光器的双梳光谱
在双梳光谱领域，单腔双梳激光器提供了一种独特的方法来实现高分辨率的气体分析。然而，在单腔配置中，由于两个光梳之间的相干时间有限，自由运行的它们会面临着共同的问题。
为了应对这一挑战，一般会采用两种策略：快速测量或者增加长期相干计算平均的额外处理步骤。在快速测量的策略下，就必须高速执行数据采集，以在有限的相干时间内捕获所需要的信息。这种方法允许对气体样品进行实时分析，但可能对某些应用施加限制。
若想要增加额外的处理步骤来获得单腔双梳光谱中的长期相干平均值，第1种方法是引入辅助的连续激光器来跟踪梳之间相对相位的演变，这样无需外部稳定电子设备即可实现长期稳定的测量。
另一种方法是利用重频差，从而进行自洽的相对光学相位采样。在这种情况下，可以在无限长的测量时间内获得梳线分辨测量结果。这种方法消除了对稳定电子设备的需求，仍然实现了精确的气体分析。
这两种策略都增强了单腔双梳光谱分析的能力，使其能够在较长时间内执行高分辨率高刷新率的气体测量。单腔双梳激光器能够在不依赖稳定外界电子器件的情况下获得梳状线分辨测量，为气体传感和过程控制应用提供了更易于使用的解决方案。
本文原文来自elecfans.com