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大多數(shù)激光只有一種顏色。它發(fā)出的所有光子都具有完全相同的波長。然而，也有激光，其光線更復(fù)雜。如果它由許多不同的頻率組成，其間具有相等的間隔，就像梳齒一樣，它被稱為“頻率梳”。頻率梳是檢測各種化學(xué)物質(zhì)的理想選擇。
在TU Wien(維也納)，這種特殊類型的激光現(xiàn)在用于在微小空間進(jìn)行化學(xué)分析 - 它是一個(gè)毫米級(jí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。利用這項(xiàng)正在申請專利的新技術(shù)，可以以非常簡單和穩(wěn)健的方式在單個(gè)芯片上創(chuàng)建頻率梳。這項(xiàng)工作現(xiàn)已在Nature Photonics雜志上發(fā)表。 諾貝爾獎(jiǎng)的梳子 頻率梳子已存在多年。2005年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲此殊榮?！瓣P(guān)于它們的令人興奮的事情是，建立一個(gè)帶有兩個(gè)頻率梳的光譜儀相對容易，”研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Benedikt Schwarz解釋道?！叭绻懵爟煞N頻率相似的不同音調(diào)，就可以利用不同頻率之間的節(jié)拍，類似于聲學(xué)中出現(xiàn)的節(jié)拍。我們使用這種新方法，因?yàn)樗恍枰魏我苿?dòng)部件，并允許我們開發(fā)一個(gè)毫米級(jí)的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)室?！?/span> 在維也納技術(shù)大學(xué)，使用量子級(jí)聯(lián)激光器產(chǎn)生頻率梳。這些特殊激光器是由許多不同層組成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。當(dāng)電流通過結(jié)構(gòu)發(fā)送時(shí)，激光器發(fā)射紅外范圍內(nèi)的光?？梢酝ㄟ^調(diào)整層結(jié)構(gòu)的幾何形狀來控制光的屬性。 “借助于特定頻率的電信號(hào)，我們可以控制我們的量子級(jí)聯(lián)激光器并使它們發(fā)出一系列光頻率，這些頻率都耦合在一起，”該出版物的第一作者Johannes Hillbrand說。這種現(xiàn)象讓人想起搖擺架上的擺動(dòng) - 而不是推動(dòng)單個(gè)擺動(dòng)，可以使腳手架以正確的頻率擺動(dòng)，導(dǎo)致所有擺動(dòng)以某些耦合模式振蕩?！拔覀兗夹g(shù)的最大優(yōu)勢是頻率梳的堅(jiān)固性，”Benedikt Schwarz說。如果沒有這種技術(shù)，激光對干擾非常敏感，這些干擾在實(shí)驗(yàn)室外是不可避免的 - 例如溫度波動(dòng)或?qū)⒁恍┕饩€反射回激光的反射?！?我們的技術(shù)可以很輕松地實(shí)現(xiàn)，因此即使在困難的環(huán)境中也非常適合實(shí)際應(yīng)用。基本上，我們需要的組件可以在每部手機(jī)中找到，“Schwarz說。 分子指紋 量子級(jí)聯(lián)激光器在紅外范圍內(nèi)產(chǎn)生頻率梳的事實(shí)是至關(guān)重要的，因?yàn)樵S多最重要的分子可以在該頻率范圍內(nèi)被光檢測到?！案鞣N空氣污染物，以及在醫(yī)學(xué)診斷中發(fā)揮重要作用的生物分子，吸收非常特定的紅外光頻率。這通常被稱為分子的光學(xué)指紋，”Johannes Hillbrand解釋說。“因此，當(dāng)我們測量，哪種紅外頻率被氣體樣品吸收時(shí)，我們可以準(zhǔn)確地確定它含有哪種物質(zhì)。” 微芯片中的測量 “由于其堅(jiān)固性，我們的系統(tǒng)具有超越所有其他頻率梳技術(shù)的決定性優(yōu)勢：它可以輕松實(shí)現(xiàn)小型化，”Benedikt Schwarz說。“我們不需要鏡頭系統(tǒng)，沒有移動(dòng)部件，也沒有光學(xué)隔離器，必要的結(jié)構(gòu)很小。整個(gè)測量系統(tǒng)可以安裝在毫米級(jí)的芯片上。” 這產(chǎn)生了驚人的應(yīng)用思路：人們可以將芯片放在無人機(jī)上并測量空氣污染物。膠粘在墻上的芯片可以搜索建筑物中的爆炸物質(zhì)痕跡。這些芯片可用于醫(yī)療設(shè)備，通過分析呼吸空氣中的化學(xué)物質(zhì)來檢測疾病。 新技術(shù)已獲得專利。“其他研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)對我們的系統(tǒng)非常感興趣。我們希望它不僅可以用于學(xué)術(shù)研究，還可以用于日常應(yīng)用，”Benedikt Schwarz說。 |
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