来源：Optica；电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 王镜惠 编译

    研究人员开发了一种新的超快激光平台，可以产生具有前所未有的100万条梳线的超宽带紫外（UV）频率梳，提供卓越的光谱分辨率。这种新方法还可以产生非常准确和稳定的频率，可以增强高分辨率的原子和分子光谱学。

    光频梳--它发射出数千条规则间隔的谱线--通过光学原子钟改变了计量学、光谱学和精确计时等领域，并获得了2005年诺贝尔物理学奖。

    初始频率梳在可见光到近红外范围内工作。在其推出后不久，其光谱范围通过光学谐波产生扩展到紫外区域，为精密激光光谱学打开了一个新的光谱领域。

    “尽管如此，在紫外线范围内实现宽带覆盖和高光谱分辨率仍然是一个相当大的挑战，”来自中佛罗里达大学光学与光子学学院光学与激光教育研究中心(CREOL)的研究小组负责人Konstantin Vodopyanov说。

    在Optica中，研究人员描述了他们的高分辨率双梳光谱系统，该系统可以在两个超宽的紫外光谱区域产生光。频率梳的线间距仅为80 MHz，分辨率高达1000万。

    “宽带、高分辨率紫外光谱提供了对原子和分子中电子跃迁的独特见解，使其对于化学分析、光化学、大气痕量气体传感和系外行星探索等应用非常宝贵，其中同时检测众多吸收特征至关重要。”Vodopyanov说。

    双梳光谱学

    为了利用包含100万条密集光谱线的紫外频率梳进行光谱应用，研究人员需要一种能够实现高光谱分辨率的方法，这超出了现有光谱仪的能力。

    他们转向了双梳光谱学，这是一种强大的新技术，它将两个线间距略有不同的频率梳结合在一个探测器上，产生干涉图。通过应用傅里叶变换，可以重建整个光谱，具有极高的光谱分辨率和快速的数据采集。

    “虽然在过去的十年中，双梳光谱在中红外和太赫兹区域取得了重大进展，但在紫外光谱范围内仍然存在显著的差距，现有的演示在分辨率，带宽或两者方面都不足，”Vodopyanov说。

    为了应对这一挑战，研究人员开发了一种激光平台，可以在2.4 μm波长处产生高度相干的超快红外脉冲。

    使用非线性晶体，他们产生了第6和第7次谐波，导致两个紫外波段：第6次谐波覆盖约1,000,000光谱分辨梳状线，第7次谐波包含约550,000。这产生了跨越372-410 nm和325-342 nm的两个UV光谱范围。

    为了实现双梳光谱，他们复制了宽带紫外频率梳系统，允许进一步改进紫外梳的结构。

    精密谱线

    通过将光谱线与原子钟进行对比，研究人员确保他们可以进行高精度的光谱测量，适用于最苛刻的应用。

    作为演示，他们使用双梳状光谱系统来测量IPG/OptiGrate制造的体布拉格光栅镜的窄反射光谱。新系统的分辨率达到了10,000,000，研究人员称这远远优于现有的光栅和傅里叶光谱仪。

    接下来，研究人员的目标是将该技术扩展到更深的紫外线区域，可能低至100 nm的波长。