前沿进展 台掺铒光纤光梳输岀的一列脉冲光经过充满CH2里叶变换,才能得到准确的乙炔吸收谱。但幸运 的气体池,然后和另一个掺铒光纤光梳输出的的是,光电探测器测得的时域干涉图样主要集中 列脉冲光进行拍频,为了保持整个系统电子在峰值之后的很短的一段时间内,如果仅对这段 同步,数据采集系统的采样频率也同步到了氢时域数据进行分析,不但不会过分影响测量精 钟上。 度,反而可以极大地缩短测量及计算时间。在最 图5展示了用双光梳光谱仪探测乙炔吸收谱初实验中,只截取了峰值之后42μs内的时域信息 时的探测和计算过程。光电探测器探测到的两列(见图5的“时域图”中放大的部分),经傳里叶变 光梳的拍频信号(其中一列光梳已经经过气体池被换和频率上转换后,在1509-1545m的光谱范 乙炔部分吸收,见图4)是周期性的脉冲信号(如图围内得到了乙炔的η+υ3能带吸收光谱,其分辨 5的“时域图”所示)。从理论上讲,我们至少需率可以达到12GHz(图5的频域图所示)。该实验 要取出其中一个完整的时域周期,并对其进行傅说明:双光梳光谱仪仅用几十个微秒的采样时 间,就可以达到一般气体 多普勒展宽量级的分辨 率;而另一方面,在如此 短的采样时间内,两台锁 模激光器频率∫c的漂移 都可以忽略,所以两台振 荡器的频率」。甚至都不 傅里叶变换 需要进行严格锁定了。相 C2H2 比之下,要在相同的光谱 测量范围内达到同样的光 谱分辨率,傅里叶变换光 谱仪的测量时间需要长达 194 THz 1分钟 当采样时间延长至6s 图5光电探测器的采样时间为42μs,得到的分辨率为12GHz的乙炔吸收谱 时,实验结果如图6所 (a) 示。图6a),(b),(c)分别 展示了不同放大倍率 吸收光谱。测量的最低光 194.302TH 94410THz谱分辨率可以达到23kHz 1542,92n 1542.06nm (如图6(c)所示),相比于 之前提高了7个数量级。 而传统的傅里叶变换光谱 6 GHZ 仪要达到同样的分辨率 则需要动臂在6s内移动 65km(速度接近火箭飞离 地球的“第二宇宙速 度”!),因此这一超高光 图6光电探测器的采样时间为6s时得到的乙炔光谱分辨率为23kHz 谱分辨率对于传统的光谱 物·43卷(2014年7期前沿进展 ·43卷 (2014 年) 7 期 图6 光电探测器的采样时间为6 s时得到的乙炔光谱分辨率为2.3 kHz 图5 光电探测器的采样时间为42 μs，得到的分辨率为12 GHz的乙炔吸收谱 台掺铒光纤光梳输出的一列脉冲光经过充满C2H2 的气体池，然后和另一个掺铒光纤光梳输出的 一列脉冲光进行拍频，为了保持整个系统电子 同步，数据采集系统的采样频率也同步到了氢 钟上。 图5展示了用双光梳光谱仪探测乙炔吸收谱 时的探测和计算过程。光电探测器探测到的两列 光梳的拍频信号(其中一列光梳已经经过气体池被 乙炔部分吸收，见图4)是周期性的脉冲信号(如图 5的“时域图”所示)。从理论上讲，我们至少需 要取出其中一个完整的时域周期，并对其进行傅 里叶变换，才能得到准确的乙炔吸收谱。但幸运 的是，光电探测器测得的时域干涉图样主要集中 在峰值之后的很短的一段时间内，如果仅对这段 时域数据进行分析，不但不会过分影响测量精 度，反而可以极大地缩短测量及计算时间。在最 初实验中，只截取了峰值之后42 μs内的时域信息 (见图5的“时域图”中放大的部分)，经傅里叶变 换和频率上转换后，在 1509—1545 nm 的光谱范 围内得到了乙炔的 ν1 + ν3 能带吸收光谱，其分辨 率可以达到 12 GHz(图 5 的频域图所示)。该实验 说明：双光梳光谱仪仅用几十个微秒的采样时 间，就可以达到一般气体 多普勒展宽量级的分辨 率；而另一方面，在如此 短的采样时间内，两台锁 模激光器频率 fceo的漂移 都可以忽略，所以两台振 荡器的频率 fceo甚至都不 需要进行严格锁定了。相 比之下，要在相同的光谱 测量范围内达到同样的光 谱分辨率，傅里叶变换光 谱仪的测量时间需要长达 1分钟。 当采样时间延长至6 s 时，实验结果如图 6 所 示。图6(a)，(b)，(c)分别 展示了不同放大倍率下的 吸收光谱。测量的最低光 谱分辨率可以达到2.3 kHz (如图 6(c)所示)，相比于 之前提高了 7 个数量级。 而传统的傅里叶变换光谱 仪要达到同样的分辨率， 则需要动臂在 6 s 内移动 65 km(速度接近火箭飞离 地 球 的 “ 第 二 宇 宙 速 度”！)，因此这一超高光 谱分辨率对于传统的光谱 · 464 ·