瑞士物理学家仅用一个激光器创建出两频率梳

环境中的气体能快速使用所谓的双光谱探测频率梳进行精确地梳理。瑞士联邦理工学院的研究人员已经开发了一种新型的频率梳，相比之前的方法这种设备创建起来更为更简单和便宜。 eG@0:  
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    与普通的灯所发出的光相比，激光灯具有非常精确的频率。这使得它非常适合于光谱调查，而其中的物质的性质是根据它们吸收光的频率来确定的。 G1!yPQa7d  
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    一个完整的光谱分析通常需要一点耐心，因为激光的频率必须逐步改变（实现“扫描”），以获得完整的频谱图。在瑞士联邦理工学院量子电子学研究所的物理学家Ursula Keller领导的一个研究小组目前已经证明一个开创性的方法，可能会在未来实现一种更简单和更快的光谱研究。为此，他们开发了一种新的技术，即创造出所谓的双频频率梳。这一研究结果已经发表在《科学》杂志上。 9B&fEmgEc?  
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    而普通激光只在一个频率上发射光，频率梳的特征是大量的频率之间保持一个恒定的频率距离，就像一个标尺上的标记那样。而这是可能的，通过使用激光，创造极短的周期性光脉冲。这样的脉冲串具有梳状频谱，而且可以通过特定的光学材料进一步扩大。2005诺贝尔奖被授予了基于激光的精密光谱学研究，即包括光学频率梳技术，其中在1999年，Ursula Keller与来自德国物理研究院的Harald Telle合作发明了能够使得频率梳稳定的关键技术。 w,s++bV;L  
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    原则上，一个人可以用这种频率梳同时探测许多频率的物质。在普通光谱学中，激光的一部分是通过待研究的材料发出的，另一部分则作为参考。激光器的频率现在被稳定地进行扫描，同时由两个光电探测器相对于参考光束测量物质对激光的吸收情况。 >l>;"R9N  
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    利用这个频率扫描得到的物质的特征谱图。不幸的是，这个过程不能直接地应用于频率梳。频率梳中同时包含的不同频率肯定会被不同的吸收。而光电探测器是无法将其分开探测的。要做到这一点，它将不得不直接记录的每一个叠加的光的振荡，然而，这在实践中是不可能的，因为它们高达几百太赫兹的（每秒一千十亿振荡）高频率。 NDqvt$  
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    该技术由Keller和她的同事们提出，通过“翻译”这些快速而不能直接可测量的振荡，到慢得多的可以与传统的电子容易检测的频率处。这个过程依赖于一个特别的类似钢琴调音师的类似的形式进行操作。为了获得同一音调不同和弦进行相等调谐，钢琴调谐器使用两个不同频率的叠加所产生的节拍。节拍跳动的速度，对应的两个重叠的频率的差异。 C
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    在瑞士联邦理工学院的研究人员使用一个非常类似的方法，他们创造了第二个频率梳，其频率比第一个略有不同的间距。这会产生一对频率，每一个频率都会产生不同的拍频。这些跳动的频率会处在兆赫频率处，这就可以利用探测器很容易地进行测量。 {,9^k'9  
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双频率梳的成本降至一半 c1wP/?|.>  
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    这种双梳状谱已经有几年了，但瑞士联邦理工学院现在发展的这种技术使得这种设备变得相当简单和便宜，Sandro Link博士研究生是这篇论文的第一作者，他解释说：“真正新奇的是，我们使用一个激光器创建了两频率梳，而不是两个激光，这需要精心地设计从而实现激光器的稳定。” h(>eHP  
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    他们使用的技巧是在一个双折射晶体中插入激光，根据其偏振（即，电磁波的振荡方向），使得光路略有不同的距离。因此，由此产生的两个激光束略有不同的脉冲周期，这反过来又导致频率梳具有不同的频率间隔。由于两个频率梳是由相同的激光，使得通过额外手段使得它们彼此稳定就成为多余的了。 >QcIrq%=  
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    未来，将有许多新技术可能利用到这种新型频率梳。由于它可以实现生产一个完整的谱图在不到一千分之一秒的时间内，因此它非常适合于测量在环境中或在工厂的废气中的物质的浓度。石油化工装置中的快速流动气体也可以被快速分析，从而实现生产过程中的监测和控制。 G9|w o)N  
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    （原文来源：https://phys.org/news/2017-05-laser.html，实验帮译。）