一項(xiàng)新研究進(jìn)展增加使用太赫茲波長(zhǎng)進(jìn)行化學(xué)分析的高分辨率光譜儀的靈敏度，這種較高的靈敏度可以使許多應(yīng)用受益，例如分析工業(yè)排放物中發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜氣體混合物，以及檢測(cè)患者呼吸中的疾病生物標(biāo)志物，它還可能促使通過(guò)氣體檢測(cè)來(lái)檢測(cè)食品腐敗的新方法。

在光學(xué)學(xué)會(huì)(OSA)高影響力研究期刊《Optica》中，由法國(guó)歐佩爾大學(xué)Ga?l Mouret領(lǐng)導(dǎo)的研究人員，報(bào)道了一種新用于太赫茲頻率的高性能光學(xué)腔。

使用這種腔演示了第一個(gè)令人信服，太赫茲頻率下的腔增強(qiáng)光譜學(xué)。太赫茲頻率介于電磁波光譜上的微波和紅外光波之間，對(duì)于光譜氣體分析，太赫茲頻率提高了區(qū)分樣品中分子和檢測(cè)各種分子的能力，然而充分利用這些頻率所需的技術(shù)仍在開(kāi)發(fā)中。有幾項(xiàng)研究已經(jīng)使用太赫茲頻率來(lái)分析排放到大氣中的工業(yè)氣體，但它們都因缺乏敏感性而受到阻礙。而新光腔將擴(kuò)大可以用太赫茲氣相光譜學(xué)識(shí)別的分子類型，并提高可行的檢測(cè)水平。

提高靈敏度

研究人員使用最新可用的組件來(lái)構(gòu)建一個(gè)高精確度太赫茲光腔，一組鏡子和一個(gè)限制光多次反射的波導(dǎo)。高精細(xì)光學(xué)腔表現(xiàn)出非常低的光損耗，因此能讓光在離開(kāi)腔之前在鏡子之間反彈更多次。新部件包括一個(gè)低損耗的圓形波紋波導(dǎo)和兩個(gè)特別設(shè)計(jì)的高反射光子反射鏡，可以在太赫茲頻率下很好地工作。對(duì)于腔增強(qiáng)光譜，氣體混合物被放置在光學(xué)腔中，在那里它與里面的光相互作用，新腔體允許太赫茲波在退出前來(lái)回反彈約3000次。

這意味著在一個(gè)只有50厘米長(zhǎng)的諧振器內(nèi)，被分析的分子在大約一公里的有效距離上與太赫茲頻率相互作用。當(dāng)波在周圍反彈時(shí)，它們可以被存在的任何分子多次吸收，從而可以進(jìn)行非常靈敏的測(cè)量。具有這種技巧的腔體以前在太赫茲頻率下是不可用的，這一進(jìn)步使太赫茲頻率可以應(yīng)用于許多已經(jīng)在紅外中使用的高靈敏度技術(shù)。為了用新設(shè)備演示氣體的空腔增強(qiáng)光譜，研究人員分析了羰基硫化物氣體的樣本，這是在大氣中自然發(fā)現(xiàn)的。

檢測(cè)稀有分子

雖然氣體樣品含有許多羰基硫化物的同位素，但研究人員能夠測(cè)量出一種非常稀有的同位素，其濃度僅為每50000個(gè)分子中有一個(gè)分子存在。測(cè)量樣品中不同化學(xué)同位素的比率可用于確定污染物來(lái)源。研究人員計(jì)劃擴(kuò)大光譜儀的頻率范圍，以便它可以用于分析更復(fù)雜的分子和混合物。研究表明，現(xiàn)在可以很容易地建造高精細(xì)太赫茲空腔，并使用它們來(lái)測(cè)量高分辨率的氣體，這可能有助于改善對(duì)從環(huán)境和工業(yè)污染到醫(yī)藥等應(yīng)用中存在大量低含量氣體的監(jiān)測(cè)。

博科園｜研究/來(lái)自：光學(xué)學(xué)會(huì)

參考期刊《Optica》

DOI: 10.1364/OPTICA.6.001449

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