仪是无法想象的。在这种超高分 辨率下,光梳的梳齿甚至都可以 增强腔 锁模Yb光纤 被清晰分辨,因此实验中测到的 激光器 乙炔吸收谱被密布的光梳梳齿 锁模Yb光 数据采集及 所填充(如图6a)所示)。由于光 做光器f=2 傅里叶变换 梳有“频率标尺”的作用,因此 可以利用此“频标”对气体吸图7含有共振增强腔的双光梳光谱仪 收谱线的位置进行“自校准 从而能更加准确地确定气体的 大宝石激光器 吸收频率在频域中的位置。 HgCdTe中红 外探测器 为了进一步提高双光梳光谱 仪信号探测的灵敏度和信噪I 可以将原来“单通”的气体池改 钛宝石激光器 成“多通”的共振增强腔。如图8GaSe差频的中红外双光梳光谱仪结构示意图 图7所示,探测光可以在共振增 强腔内多次反射,增加气体吸收 长度,从而有效地提高信号的灵 敏度。 4.22-6μm的中红外波段 般情况下,气体在中红 外波段的吸收强度会比近红外 1000 1300 波段高1-2个数量级,因 频率/cm 此,与近红外波段相比,中红 图9GaSe差频的中红外双光梳光谱仪测得的吸收光谱图(a未充入吸收气体的光 外双光梳光谱仪会有更高的灵谱;(b)充入吸收气体后的光谱 敏度。产生中红外光梳的一种 方法是采用差频ODFG)的技术。2003年,在第一的光谱对比图。可以看到,该气体在930960cm 个中红外双光梳光谱仪验证性实验中,Fiz的光谱范围内有明显的吸收现象,其光谱分辨率 Heilmann就利用自差频的方法,获得了中红外的光可以达到10kHz,但是由于两台钛宝石的重复频 梳光源。如图8所示,两台钛宝石激光器的率不是特别稳定,所以得到的光谱会有一定的抖 重复频率之差为2Hz,发出的近红外脉冲激光分动,该光谱图是将多幅光谱图叠放在一起得到的 别聚焦到两块GaSe晶体上,利用GaSe的二阶非结果。 线性效应产生中红外波段的差频光,两个差频光 差频双光梳的另一实验案例如图10所示,该 都具有m=0的特性。之后,用 HgCdTe中红外探中红外光谱仪是在201年由美国国家标准技术研 测器探测到频率为nAm的拍频信号。 究院(NST的 N.R. Newbury小组搭建的。两台近 在上述实验的探测光光路中放入和放出吸收红外飞秒激光发出的脉冲光中心波长为1.56μm, 气体后,分别进行测量,他们最终得到了图9所示重频之差为1.5kHz。经过周期性铌酸锂晶体(PPLN ·43卷(2014年7期·43卷 (2014 年) 7 期 图9 GaSe差频的中红外双光梳光谱仪测得的吸收光谱图 (a)未充入吸收气体的光 谱；(b)充入吸收气体后的光谱 图8 GaSe差频的中红外双光梳光谱仪结构示意图 图7 含有共振增强腔的双光梳光谱仪 仪是无法想象的。在这种超高分 辨率下，光梳的梳齿甚至都可以 被清晰分辨，因此实验中测到的 乙炔吸收谱被密布的光梳梳齿 所填充(如图 6(a)所示)。由于光 梳有“频率标尺”的作用，因此 可以利用此“频标”对气体吸 收谱线的位置进行“自校准”， 从而能更加准确地确定气体的 吸收频率在频域中的位置。 为了进一步提高双光梳光谱 仪信号探测的灵敏度和信噪比， 可以将原来“单通”的气体池改 成“多通”的共振增强腔[27] 。如 图7所示，探测光可以在共振增 强腔内多次反射，增加气体吸收 长度，从而有效地提高信号的灵 敏度。 4.2 2—6 μm的中红外波段 一般情况下，气体在中红 外波段的吸收强度会比近红外 波 段 高 1—2 个 数 量 级 [28] ， 因 此，与近红外波段相比，中红 外双光梳光谱仪会有更高的灵 敏度。产生中红外光梳的一种 方法是采用差频(DFG)的技术。2003年，在第一 个中红外双光梳光谱仪验证性实验中，Fritz Keilmann就利用自差频的方法，获得了中红外的光 梳光源[16，29] 。如图 8 所示，两台钛宝石激光器的 重复频率之差为2 Hz，发出的近红外脉冲激光分 别聚焦到两块GaSe晶体上，利用GaSe的二阶非 线性效应产生中红外波段的差频光，两个差频光 都具有fceo=0的特性。之后，用HgCdTe中红外探 测器探测到频率为 nΔfrep 的拍频信号。 在上述实验的探测光光路中放入和放出吸收 气体后，分别进行测量，他们最终得到了图9所示 的光谱对比图。可以看到，该气体在930—960 cm－1 的光谱范围内有明显的吸收现象，其光谱分辨率 可以达到10 kHz，但是由于两台钛宝石的重复频 率不是特别稳定，所以得到的光谱会有一定的抖 动，该光谱图是将多幅光谱图叠放在一起得到的 结果。 差频双光梳的另一实验案例如图10所示，该 中红外光谱仪是在2011年由美国国家标准技术研 究院(NIST)的N.R.Newbury小组搭建的[30] 。两台近 红外飞秒激光发出的脉冲光中心波长为1.56 μm， 重频之差为1.5 kHz。经过周期性铌酸锂晶体(PPLN) · 465 ·