山西大学激光光谱研究所在光学频率梳精密光谱测量领域取得重要进展

近日，山西大学激光光谱研究所马维光教授研究团队提出一种不等间距单光梳自外差光谱技术，有效解决了传统光频梳光谱测量中灵敏度与测量速度难以兼顾的瓶颈问题。相关成果以“Self-heterodyne spectroscopy via a non-uniformly spaced frequency comb”为题发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。博士研究生张博峰与赵刚副教授为共同第一作者，马维光教授与赵刚副教授为通讯作者，闫晓娟副教授、周晓彬讲师、杨家琪讲师参与了该项研究，贾锁堂教授提供了重要指导。

精密光谱测量技术是探索物质微观结构、开展痕量气体检测以及研究快速动力学过程的重要技术手段。近年来，光学频率梳（OFC）凭借其优异的高精度频率标尺以及多通道并行测量能力，已成为高分辨率分子光谱研究的重要工具。传统OFC在频域上由一系列等间距梳齿构成，如何高速且准确地分辨和探测每一个梳齿，一直是OFC领域的重要发展方向。

研究团队提出了基于不等间距光频梳的自外差探测光谱方案。与传统的等间距梳齿不同，该实验通过外部调制产生由不等间距梳齿构成的光梳。梳齿之前通过自拍频即可实现光频到射频的转换，进而实现双光梳光谱技术（DCS）的功能，同时避免了DCS受相位噪声限制的问题。该系统实现了噪声等效吸收为5.0×10-6 Hz-1/2的探测灵敏度，较当前先进DCS系统提升约一个数量级，且能够实现纳秒级时间分辨的光谱探测。

本工作所提出的新型光梳光谱技术兼具高灵敏度、高时间分辨率、高集成度等优势，在化学反应动力学研究、远距离气体遥感等领域具有重大应用前景。

该研究工作得到了国家自然科学基金、山西省重点研发计划、山西省科技创新发展基金、山西省基础研究计划、山西省留学回国人员科研活动择优资助项目、光量子技术与器件全国重点实验室、省部共建极端光学协同创新中心的支持。（通讯员：张颖）