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瑞士物理學家僅用一個激光器創(chuàng)建出兩頻率梳 與普通的燈所發(fā)出的光相比，激光燈具有非常精確的頻率。這使得它非常適合于光譜調(diào)查，而其中的物質(zhì)的性質(zhì)是根據(jù)它們吸收光的頻率來確定的。  一個完整的光譜分析通常需要一點耐心，因為激光的頻率必須逐步改變（實現(xiàn)“掃描”），以獲得完整的頻譜圖。在瑞士聯(lián)邦理工學院量子電子學研究所的物理學家Ursula Keller領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組目前已經(jīng)證明一個開創(chuàng)性的方法，可能會在未來實現(xiàn)一種更簡單和更快的光譜研究。為此，他們開發(fā)了一種新的技術(shù)，即創(chuàng)造出所謂的雙頻頻率梳。這一研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在《科學》雜志上。 光尺 而普通激光只在一個頻率上發(fā)射光，頻率梳的特征是大量的頻率之間保持一個恒定的頻率距離，就像一個標尺上的標記那樣。而這是可能的，通過使用激光，創(chuàng)造極短的周期性光脈沖。這樣的脈沖串具有梳狀頻譜，而且可以通過特定的光學材料進一步擴大。2005諾貝爾獎被授予了基于激光的精密光譜學研究，即包括光學頻率梳技術(shù)，其中在1999年，Ursula Keller與來自德國物理研究院的Harald Telle合作發(fā)明了能夠使得頻率梳穩(wěn)定的關(guān)鍵技術(shù)。 原則上，一個人可以用這種頻率梳同時探測許多頻率的物質(zhì)。在普通光譜學中，激光的一部分是通過待研究的材料發(fā)出的，另一部分則作為參考。激光器的頻率現(xiàn)在被穩(wěn)定地進行掃描，同時由兩個光電探測器相對于參考光束測量物質(zhì)對激光的吸收情況。 利用這個頻率掃描得到的物質(zhì)的特征譜圖。不幸的是，這個過程不能直接地應(yīng)用于頻率梳。頻率梳中同時包含的不同頻率肯定會被不同的吸收。而光電探測器是無法將其分開探測的。要做到這一點，它將不得不直接記錄的每一個疊加的光的振蕩，然而，這在實踐中是不可能的，因為它們高達幾百太赫茲的（每秒一千十億振蕩）高頻率。  該技術(shù)由Keller和她的同事們提出，通過“翻譯”這些快速而不能直接可測量的振蕩，到慢得多的可以與傳統(tǒng)的電子容易檢測的頻率處。這個過程依賴于一個特別的類似鋼琴調(diào)音師的類似的形式進行操作。為了獲得同一音調(diào)不同和弦進行相等調(diào)諧，鋼琴調(diào)諧器使用兩個不同頻率的疊加所產(chǎn)生的節(jié)拍。節(jié)拍跳動的速度，對應(yīng)的兩個重疊的頻率的差異。 在瑞士聯(lián)邦理工學院的研究人員使用一個非常類似的方法，他們創(chuàng)造了第二個頻率梳，其頻率比第一個略有不同的間距。這會產(chǎn)生一對頻率，每一個頻率都會產(chǎn)生不同的拍頻。這些跳動的頻率會處在兆赫頻率處，這就可以利用探測器很容易地進行測量。 雙頻率梳的成本降至一半 這種雙梳狀譜已經(jīng)有幾年了，但瑞士聯(lián)邦理工學院現(xiàn)在發(fā)展的這種技術(shù)使得這種設(shè)備變得相當簡單和便宜，Sandro Link博士研究生是這篇論文的第一作者，他解釋說：“真正新奇的是，我們使用一個激光器創(chuàng)建了兩頻率梳，而不是兩個激光，這需要精心地設(shè)計從而實現(xiàn)激光器的穩(wěn)定。” 他們使用的技巧是在一個雙折射晶體中插入激光，根據(jù)其偏振（即，電磁波的振蕩方向），使得光路略有不同的距離。因此，由此產(chǎn)生的兩個激光束略有不同的脈沖周期，這反過來又導(dǎo)致頻率梳具有不同的頻率間隔。由于兩個頻率梳是由相同的激光，使得通過額外手段使得它們彼此穩(wěn)定就成為多余的了。 未來，將有許多新技術(shù)可能利用到這種新型頻率梳。由于它可以實現(xiàn)生產(chǎn)一個完整的譜圖在不到一千分之一秒的時間內(nèi)，因此它非常適合于測量在環(huán)境中或在工廠的廢氣中的物質(zhì)的濃度。石油化工裝置中的快速流動氣體也可以被快速分析，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的監(jiān)測和控制。 |
