下一代光谱学：新的可调谐激光方法实现了前所未有的精度

　　创新的二极管激光光谱学可以精确监测每一刻扫描激光的颜色变化，为频率计量和实际应用建立新的基准。

　　自20世纪60年代激光首次亮相以来，激光光谱学已经发展成为研究原子和分子复杂结构和行为的关键技术。激光技术的进步大大扩展了它的潜力。激光光谱学主要包括两种关键类型：基于频率梳的激光光谱学和可调谐连续波激光光谱学。

　　梳基激光光谱学可实现极其精确的频率测量，精度可达18位。这一惊人的精度使它获得了2005年的诺贝尔物理学奖，并在光学时钟、重力传感和寻找暗物质方面得到了应用。频率梳还可以实现高精度，高速宽带光谱，因为它们结合了大带宽和高光谱分辨率。

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　　然而，一个缺点是每梳模式的低功率，这使得检测微量气体变得困难。梳状模式之间的间隙也需要额外的技术来测量光谱狭窄的特征。此外，高精度测量需要具有长期相干性的梳状源，这就需要复杂而精密的稳定系统。

　　可调谐连续波激光器提供高光子通量、长相互作用路径和频率敏捷性，使其成为敏感分子光谱、气体传感和高信噪比（SNR）激光雷达应用的理想选择。然而，这些系统经常受到激光频率扫描速度波动的影响。

　　人们开发了各种方法来解决这些波动，包括干涉测量方法、单边带调制和光学频率梳。频率梳校准可调谐激光光谱学，将频率梳的准确性与CW激光的可调谐性和高功率结合在一起。尽管如此，这种方法需要具有平坦光谱和宽范围内稳定极化的参考频率梳，这可能具有挑战性。

　　马克斯普朗克光科学研究所的研究人员已经开发出一种新的，直接的宽带光谱方法，使用可调谐激光器，具有Hz级精度。据《先进光子学》报道，该技术涉及使用光纤腔和双射频（RF）调制技术对激光频率进行实时校准。这种方法可以在每个时间点精确跟踪扫描激光的颜色。它提供校准标记，作为一个易于使用的光频率尺，以超高精度测量光谱特征之间的光频率距离。

　　利用这种方法，研究人员在11太赫兹的频率范围内测量了光纤环路腔自由光谱范围的微小偏差，精度低于10赫兹，比现有的可调谐激光光谱方法提高了一个数量级。受参考腔线太赫兹/秒。与基于频率梳的光谱技术相比，该技术具有更高的光探针功率和更好的光谱平坦度和偏振稳定性。

　　该方法还用于表征微谐振器等集成光子器件的光谱特征，测量HF气体的分子吸收光谱，精度比现有方法提高了两个数量级。这种强大而直接的方法不需要锁模或锁相，使其适用于实验室外的应用，包括激光雷达系统、3D成像、开放路径痕量气体传感、光子器件的表征和天体物理光谱仪的校准。它的简单性和健壮性使其成为在具有挑战性的环境中使用的绝佳选择。