摘要： 在环境监测和医学领域，对百万分之一（ppm）及以下浓度水平的痕量气体进行选择性检测与化学分析至关重要。光谱技术具有高度的气体类型选择性，被广泛用于测量特定分子种类的浓度。拉曼光谱具有两大关键优势：其一，泵浦波长可自由选择，且不受气体吸收谱线限制；其二，所有气体中最高的拉曼频移是氢气125太赫兹的振动跃迁，这意味着只需一台光谱仪就能检测所有已知的拉曼活性分子。 我们报道了采用双色泵浦的单环空心光子晶体光纤（SR-PCF）相干反斯托克斯拉曼光谱（CARS）技术。SR-PCF提供的长共线光程显著增强了拉曼相互作用效率，且充有气体的SR-PCF具有可通过压力调节的零色散波长。通过选择适当压力，可使色散在可见光波段呈现反常色散，同时在紫外波段保持正常色散。在此条件下，通过精细调节压力使退相位最小化，可见光泵浦产生的拉曼相干可用于紫外光二次泵浦的反斯托克斯信号相位匹配生成。这种设计将"制备"泵浦与"读出"泵浦在光谱上分离。紫外波段较低的退相位速率使得沿整个光纤长度高效产生所有已知拉曼活性气体分子的抗斯托克斯信号成为可能——这相比其他光谱技术具有显著优势。 双色泵浦方案克服了CARS技术中非共振背景（NRB）导致的主要检测限问题。其原理在于NRB是泵浦与种子脉冲重叠时才存在的准瞬时效应。虽然这也是拉曼激发的必要条件，但由此产生的相干波在通过分子间碰撞弛豫前具有纳秒级寿命。因此通过适当延迟读出泵浦脉冲，可抑制NRB。图1(a)展示了当读出泵浦与斯托克斯种子重叠时，测得的缓冲气体氮气中两种痕量气体（500ppm氢气和600ppm甲烷）的CARS光谱；图1(b)则显示泵浦相对斯托克斯种子延迟2纳秒时，20ppm氢气与350ppm甲烷的CARS光谱。如图所示，SR-PCF中的双色泵浦CARS方案将NRB降低了120分贝，使检测限提升15分贝，在仅需20千瓦峰值泵浦功率条件下即可检测低至20ppm的痕量气体浓度。这种新型双色泵浦CARS方法在环境监测和医学应用中极具潜力，兼具高灵敏度、短采集时间（数秒）和多组分同步检测的优势。