【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】 近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗室提出了空氣激光輔助的單光束相干拉曼散射技術(shù)，并利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大氣中溫室氣體SF6的定量測量，檢測靈敏度達(dá)到千分之四的水平。空氣激光輔助的相干拉曼散射技術(shù)，發(fā)揮了空氣激光在時域、頻域和空域上的獨(dú)特優(yōu)勢，既實(shí)現(xiàn)了單光束測量，又無需復(fù)雜的脈沖整形，適用于大氣、火場等復(fù)雜或危險環(huán)境的實(shí)時探測，推動了相干拉曼散射技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。相關(guān)成果發(fā)表在Optics Letters上。
相干拉曼散射，作為一種重要的非線性光譜技術(shù)，廣泛用于分子檢測、燃燒診斷、生物顯微成像等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的相干拉曼光譜技術(shù)，通常需要多束激光(泵浦光、斯托克斯或反斯托克斯光、探測光)實(shí)現(xiàn)分子振動或轉(zhuǎn)動相干性的激發(fā)與探測，并對各激光場之間的時空耦合與精密控制提出了很高的要求。因此，發(fā)展單光束相干拉曼散射技術(shù)是極具吸引力的研究方向。然而，單光束相干拉曼散射要求一束激光同時扮演泵浦光、斯托克斯或反斯托克斯光、探測光三個光場的角色，因此也是富有挑戰(zhàn)的研究課題。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，多個研究機(jī)構(gòu)開展了相關(guān)研究，并提出了技術(shù)方案。然而，他們提出的方法通常需要使用空間光調(diào)制器對飛秒激光進(jìn)行時間、頻譜、偏振整形，系統(tǒng)復(fù)雜，不適用于大能量飛秒激光，而且拉曼激發(fā)和探測過程采用波長相近的近紅外激光，信噪比較低，限制了其探測靈敏度。
研究團(tuán)隊利用一束高能量、圓偏振飛秒激光脈沖聚焦到含有溫室氣體SF6的空氣中，一方面激發(fā)了SF6分子的相干振動，另一方面以空氣為增益介質(zhì)誘導(dǎo)了紫外氮?dú)饧す狻５獨(dú)饧す饩哂胁煌陲w秒泵浦激光的時頻特性，且與泵浦激光在空間上天然重合，為相干拉曼散射提供了理想的探測光源。空氣激光輔助的單光束相干拉曼技術(shù)，充分結(jié)合了飛秒激光與空氣激光的優(yōu)勢，利用飛秒激光成絲的光譜展寬與脈沖自壓縮效應(yīng)，能夠同時激發(fā)多種氣體的拉曼相干性，而空氣激光窄的光譜線寬，使其能夠區(qū)分不同分子乃至同位素的拉曼頻移。因此，該技術(shù)在多組分關(guān)聯(lián)測量、溫室氣體同位素檢測等方面具有顯著優(yōu)勢。此外，空氣激光波長位于紫外波段，不僅極大地提高了拉曼散射效率，而且有利于抑制近紅外飛秒泵浦激光產(chǎn)生的背景噪聲，使得溫室氣體的定量測量成為可能。利用該技術(shù)，研究團(tuán)隊在空氣中檢測到了濃度為0.38%的SF6氣體。
相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金優(yōu)青項目、重點(diǎn)項目，上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人，上海市市級科技重大專項、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等項目的支持。
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