來自中國科學院上海光學精密機械研究所的最新研究，探測出了一種新的大氣探測新工具。
超快激光技術以其高峰值功率、短脈沖持續時間和寬光譜覆蓋的獨特優勢，為大氣污染物和有害生物化學劑的遙感提供了新的策略。特別是，空氣激光由于能夠在戶外產生無腔光放大，在大氣遙感中顯示出良好的前景。它適合作為大氣診斷的探針。
實驗裝置。M1，M2：反射鏡；L1-L5：透鏡；SP：藍寶石板；BBO：β-硼酸鋇；DM1-DM3：二向色鏡；GT：格蘭-泰勒棱鏡；F1：中心波長為428的窄帶濾波器?nm和1的帶寬?納米；F2：可變濾波器的組合，用于記錄不同波長的拉曼信號。泵浦、種子和空氣激光的偏振狀態和時間序列示意圖如插圖所示。來源：Ultrafast Science (2022). DOI: 10.34133/2022/9761458
最近，中國科學院上海光學精密機械研究所（SIOM）的一個研究團隊提出了一種空氣激光輔助相干拉曼光譜，該光譜實現了兩種溫室氣體的定量測量和同時檢測，以及CO2同位素的識別。檢測靈敏度達到0.03%，最小信號波動約為2%。
這項研究發表在4月8日的《超快科學》雜志上。
飛秒激光與空氣分子的極非線性相互作用激發了分子氮離子的光學增益，并實現了1000倍以上的種子放大，從而產生線寬為13 cm-1的428 nm空氣激光。
基于空氣激光的拉曼光譜溫室氣體檢測的基本原理。
同時，經過非線性傳輸后，泵浦激光的光譜寬度達到3800 cm-1，比入射激光的光譜寬一個數量級以上。
因此，它能夠激發大多數污染物和溫室氣體的分子相干振動。當空氣激光遇到相干振動的分子時，它將有效地產生相干拉曼散射。通過記錄拉曼信號和空氣激光的頻率差，即拉曼指紋，可以確定分子身份信息。
典型拉曼光譜。
空氣激光輔助相干拉曼光譜結合了飛秒激光和空氣激光的優點。飛秒激光具有較寬的光譜覆蓋范圍和較短的脈沖持續時間，可以同時激發多個分子的相干振動?？諝饧す饩哂休^窄的光譜寬度，能夠區分不同分子的拉曼指紋。因此，該技術可以滿足多組分測量和化學特異性的需要。
此外，研究人員證明，該技術可用于多組分同時測量和區分12CO2和13CO2。同時測量各種污染物和溫室氣體以及檢測CO2同位素對于追蹤空氣污染源和研究碳循環具有重要意義。
然而，對于痕量氣體遠程檢測的實際應用，有必要將檢測靈敏度提高到ppm甚至ppb水平，并將檢測距離從實驗室尺度擴展到公里尺度。
拉曼信號的強度是氣體壓力的函數。
來源：High-Sensitivity Gas Detection with Air-Lasing-Assisted Coherent Raman Spectroscopy, Ultrafast Science (2022). DOI: 10.34133/2022/9761458
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