在最近發(fā)表在《自然》雜志上的一項研究中，德國柏林馬克斯·玻恩研究所和加興馬克斯·普朗克量子光學研究所的研究人員推出了一種用光破譯物質特性的新技術，該技術可以同時檢測和精確具有高化學選擇性地量化許多物質。
他們的技術在非常微弱的光水平下詢問紫外光譜區(qū)域的原子和分子。這些實驗使用兩個光學頻率梳和光子計數(shù)器，為在弱光條件下進行雙梳光譜學開辟了令人興奮的前景，并為光子級診斷的新應用(例如單個原子或分子的精密光譜學)鋪平了道路用于地球大氣層或太空望遠鏡中的物理和紫外光化學的基本測試。
紫外光譜學的進展
紫外光譜在原子中的電子躍遷和分子中的電子振動躍遷的研究中起著至關重要的作用。這些研究對于基礎物理學、量子電動力學理論、基本常數(shù)的確定、精密測量、光學時鐘、支持大氣化學和天體物理學的高分辨率光譜以及強場物理學的測試至關重要。
Nathalie Picqué 團隊的科學家現(xiàn)已在紫外光譜領域取得了重大飛躍，成功地在紫外光譜范圍內實現(xiàn)了高分辨率線性吸收雙梳光譜。這一突破性的成就為在弱光條件下進行實驗開辟了新的可能性，為各個科學技術領域的新穎應用鋪平了道路。
雙梳光譜的原理和挑戰(zhàn)
雙梳光譜是一種在寬光譜帶寬上實現(xiàn)精確光譜的強大技術，主要用于氣相小分子的紅外線性吸收。它依賴于測量重復頻率略有不同的兩個頻率梳之間的時間相關干擾。頻率梳是均勻分布、相位相干的激光線的光譜，其作用就像一把尺子，可以極其精確地測量光的頻率。雙梳技術不受傳統(tǒng)光譜儀相關幾何限制的影響，并且在高精度和準確度方面具有巨大潛力。
然而，雙梳光譜通常需要強激光束，使其不太適合低光水平至關重要的場景。該團隊現(xiàn)已通過實驗證明，雙梳光譜可以在光線不足的條件下有效使用，其功率水平比通常使用的功率水平弱一百萬倍以上。
這一突破是通過使用兩種不同的實驗裝置和不同類型的頻率梳發(fā)生器實現(xiàn)的。該團隊開發(fā)了一種光子級干涉儀，可以準確記錄光子計數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，顯示基本極限的信噪比。這一成就凸顯了實驗中可用光的最佳利用，并為雙梳光譜在低光水平必不可少的挑戰(zhàn)性場景中開辟了前景。
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