上海光機所在空氣激光的遠程探測應用方面獲得新進(jìn)展

發(fā)布:cyqdesign 2023-03-30 21:19 閱讀:1321
近日,研究團隊進(jìn)一步發(fā)展了電子共振增強的單光束相干拉曼散射技術(shù),利用一束飛秒激光同時(shí)構建了拉曼共振和電子共振雙共振條件,通過(guò)電子共振將拉曼信號提高了1-2個(gè)數量級。單光束電子共振增強相干拉曼散射不僅要求利用一束激光同時(shí)完成分子的相干振動(dòng)的激發(fā)與探測過(guò)程,而且還要求激發(fā)光或探測光與待測物質(zhì)的電子態(tài)躍遷共振,因此一直以來(lái)未見(jiàn)報道。該團隊利用空氣激光巧妙地解決了這一難題,發(fā)展的新技術(shù)不僅發(fā)揮了空氣激光頻譜窄、與泵浦光束天然重合的優(yōu)勢,而且空氣激光頻率與CO2+躍遷的完美匹配為拉曼散射創(chuàng )造了電子共振條件,為大幅提升拉曼散射效率提供了簡(jiǎn)單有效的方法。 OZ Hfd7K4A  
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相干拉曼散射是一種重要的非線(xiàn)性光譜技術(shù),已被廣泛用于物質(zhì)檢測、燃燒診斷、生物顯微等領(lǐng)域。傳統的相干拉曼光譜技術(shù),通常需要多束激光實(shí)現分子振轉相干性的激發(fā)與探測,并對多光束間的時(shí)空控制提出了很高的要求。因此,發(fā)展單光束相干拉曼散射技術(shù)是極具吸引力的研究方向,加州大學(xué)伯克利分校、德州農工大學(xué)、以色列魏茨曼科學(xué)研究所等科研機構都開(kāi)展了相關(guān)研究。然而,以往方法通常需要使用空間光調制器對飛秒激光進(jìn)行時(shí)間、頻譜、偏振整形,不能用于大能量飛秒激光,而且拉曼激發(fā)光和探測光波長(cháng)相近,導致拉曼信號的信噪比較低,難以進(jìn)行痕量分子的靈敏檢測。 Y;>D"C..  
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針對上述問(wèn)題,中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所強場(chǎng)激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗室研究團隊基于空氣激光的獨特時(shí)頻性質(zhì)和遠程產(chǎn)生能力,提出了一種新型單光束相干拉曼散射技術(shù),實(shí)現了空氣中溫室氣體SF6的定量測量,檢測靈敏度達到千分之四的水平 [Opt. Lett. 47, 481 (2022)]。隨后,該團隊將基于空氣激光的相干拉曼散射技術(shù)與種子放大技術(shù)、偏振濾波技術(shù)相結合,實(shí)現了濃度低至萬(wàn)分之三的溫室氣體檢測,并展示了該技術(shù)在多組分同時(shí)測量、12CO2與13CO2精準分辨方面的獨特優(yōu)勢,開(kāi)拓了空氣激光在遠程探測領(lǐng)域的初步應用 [Ultrafast Science 2022, 9761458 (2022), 入選期刊封面論文和2021-2022年度10篇高影響力論文]。 T^ RYN  
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基于空氣激光的相干拉曼光譜技術(shù)體現了空氣激光在時(shí)間、空間、頻率三大維度上的獨特優(yōu)勢,并結合了飛秒激光多組分激發(fā)和空氣激光高光譜分辨的雙重優(yōu)勢,具備多組分同時(shí)檢測和同位素分子甄別的獨特能力,為復雜大氣分子靈敏探測提供了全新技術(shù)方案。此外,該技術(shù)以天然產(chǎn)生的空氣激光為探測光,將傳統多光束相干拉曼散射簡(jiǎn)化為單光束,光路簡(jiǎn)單,無(wú)需多光束多色場(chǎng)時(shí)空精密控制,適用于高溫高壓湍流環(huán)境和復雜大氣環(huán)境的遠程探測,是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的共性光譜技術(shù)。 [^\HP] *Q{  
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圖1.單光束電子共振增強相干拉曼散射的基本原理 OF