日前，美國(guó)科學(xué)家開發(fā)出一種新型頻率梳，能在20納秒（1納秒即十億分之一秒）的時(shí)間尺度上檢測(cè)樣本中是否存在特定分子。這種技術(shù)可使研究人員來(lái)更好地了解快速過(guò)程（如高超音速噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程）內(nèi)的中間步驟。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《自然·光子學(xué)》雜志。

從監(jiān)測(cè)溫室氣體濃度到檢測(cè)呼吸中的新冠病毒，一種稱為頻率梳的激光系統(tǒng)可以前所未有的準(zhǔn)確性和靈敏度識(shí)別出像二氧化碳一樣簡(jiǎn)單、像單克隆抗體一樣復(fù)雜的特定分子，但其在捕捉高速過(guò)程，如高超音速推進(jìn)或蛋白質(zhì)折疊成最終三維形狀的過(guò)程時(shí)，卻能力有限。

實(shí)驗(yàn)示意圖

為開發(fā)出新型頻率梳系統(tǒng)，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）科學(xué)家使用了目前常見的雙頻梳設(shè)置，該設(shè)置包含兩個(gè)激光束，它們協(xié)同工作來(lái)檢測(cè)分子吸收的顏色光譜。大多數(shù)雙頻梳設(shè)置都包括兩個(gè)飛秒激光器，它們同步發(fā)送一對(duì)超快脈沖。但研究團(tuán)隊(duì)使用了一種更簡(jiǎn)單、更便宜的“電光梳”設(shè)置，即一束連續(xù)光束首先被分成兩束，然后電子調(diào)制器產(chǎn)生電場(chǎng)，電場(chǎng)改變每束光，將它們塑造成頻率梳的單個(gè)“齒”，每個(gè)齒都是一種特定顏色（頻率）的光，可被相應(yīng)的分子吸收。

傳統(tǒng)的頻率梳可有數(shù)千甚至數(shù)百萬(wàn)個(gè)齒，而最新研究中的電光梳只有14個(gè)齒，這就使每個(gè)齒擁有更高的光功率，且頻率與其他齒相距甚遠(yuǎn)，從而產(chǎn)生了清晰且強(qiáng)烈的信號(hào)，使研究人員能在20納秒的時(shí)間尺度上檢測(cè)到光吸收的變化。

研究人員指出，在像飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)這樣復(fù)雜的系統(tǒng)中，可使用這種方法觀察水、燃料或二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)；還可通過(guò)觀察信號(hào)的變化來(lái)測(cè)量壓力、溫度或速度等，從而改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)，或更好地了解溫室氣體如何與大氣相互作用。

研究團(tuán)隊(duì)表示，最新方法的可調(diào)諧性、靈活性和速度為許多不同類型的測(cè)量打開了大門。

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