新頻率梳能20納秒識別出分子
科技日報北京10月31日電 （記者劉霞）美國科學(xué)家開發(fā)出一種新型頻率梳，能在20納秒（1納秒即十億分之一秒）的時間尺度上檢測樣本中是否存在特定分子。這種技術(shù)可使研究人員來更好地了解快速過程（如高超音速噴氣發(fā)動機的工作過程）內(nèi)的中間步驟。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《自然·光子學(xué)》雜志。
從監(jiān)測溫室氣體濃度到檢測呼吸中的新冠病毒，一種稱為頻率梳的激光系統(tǒng)可以前所未有的準確性和靈敏度識別出像二氧化碳一樣簡單、像單克隆抗體一樣復(fù)雜的特定分子，但其在捕捉高速過程，如高超音速推進或蛋白質(zhì)折疊成最終三維形狀的過程時，卻能力有限。
為開發(fā)出新型頻率梳系統(tǒng)，美國國家標準與技術(shù)研究所（NIST）科學(xué)家使用了目前常見的雙頻梳設(shè)置，該設(shè)置包含兩個激光束，它們協(xié)同工作來檢測分子吸收的顏色光譜。大多數(shù)雙頻梳設(shè)置都包括兩個飛秒激光器，它們同步發(fā)送一對超快脈沖。但研究團隊使用了一種更簡單、更便宜的“電光梳”設(shè)置，即一束連續(xù)光束首先被分成兩束，然后電子調(diào)制器產(chǎn)生電場，電場改變每束光，將它們塑造成頻率梳的單個“齒”，每個齒都是一種特定顏色（頻率）的光，可被相應(yīng)的分子吸收。
傳統(tǒng)的頻率梳可有數(shù)千甚至數(shù)百萬個齒，而最新研究中的電光梳只有14個齒，這就使每個齒擁有更高的光功率，且頻率與其他齒相距甚遠，從而產(chǎn)生了清晰且強烈的信號，使研究人員能在20納秒的時間尺度上檢測到光吸收的變化。
研究人員指出，在像飛機發(fā)動機這樣復(fù)雜的系統(tǒng)中，可使用這種方法觀察水、燃料或二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)；還可通過觀察信號的變化來測量壓力、溫度或速度等，從而改進內(nèi)燃機的設(shè)計，或更好地了解溫室氣體如何與大氣相互作用。
研究團隊表示，最新方法的可調(diào)諧性、靈活性和速度為許多不同類型的測量打開了大門。
