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双量子级联激光频率梳对气体混合物的太赫兹光谱研究

DOI：10.1021/acsphotonics.9b01758 期刊：ACS Photonics 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 基于量子级联激光器的太赫兹激光频率梳为未来光谱应用提供了相干、宽带、电泵浦的太赫兹辐射源。本文探究了此类激光器在双梳光谱配置中检测气相多分子样品的可行性。这些激光器覆盖约180GHz的光学带宽（中心频率3.4THz），总光功率低于毫瓦量级。双梳光谱的主要优势之一是其高速特性，这为直接观测太赫兹频段化学反应动力学提供了可能。作为概念验证，我们以1毫秒时间分辨率记录了气体混合物的连续演化光谱。
作者： Lukasz A. Sterczewski，Jonas Westberg，Yang Yang，David Burghoff，John Reno，Qing Hu，Gerard Wysocki
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

探索基于量子级联激光器的太赫兹激光频率梳在双梳光谱配置中检测气相多种分子样品的可行性。

研究成果

该研究展示了基于量子级联激光器（QCL）的快速响应双梳太赫兹测量技术，可在3.4太赫兹附近对气体混合物进行检测，以1毫秒的时间分辨率探测NO2/N2O4平衡反应以及NH3和H2O浓度的快速变化。当前主要限制因素与噪声较大的低温恒温环境及测辐射热计非线性特性有关，未来改进建议包括延长激光腔长度、设计宽带QCL增益方案以及采用先进的色散补偿方法。

研究不足

主要限制包括低温恒温器环境噪声较大以及测辐射热计存在非线性问题。光谱分辨率（约17GHz）和光谱覆盖范围（约180GHz）有待提升。系统对机械振动的敏感性以及双梳拍频中光学功率管理或肖特基混频器的使用需求也需注意。

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