陽(yáng)光對(duì)化學(xué)過程有很大影響。陽(yáng)光中的高能紫外線輻射尤其易被所有材料強(qiáng)烈吸收，并引發(fā)空氣中物質(zhì)的光化學(xué)反應(yīng)。一個(gè)眾所周知的例子是紫外線照射氮氧化物時(shí)地面臭氧的形成。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，格拉茨技術(shù)大學(xué)（Graz University of Technology）實(shí)驗(yàn)物理研究所的Birgitta Schultze-Bernhardt領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組正在利用這種光化學(xué)反應(yīng)開發(fā)一種新的環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，研制出世界上第一臺(tái)寬帶紫外雙光梳光譜儀，可以連續(xù)測(cè)量空氣污染物，并實(shí)時(shí)觀察其與環(huán)境的反應(yīng)。相關(guān)研究?jī)?nèi)容以“Broadband near-ultraviolet dual comb spectroscopy”為題發(fā)布在Optica期刊上。

雙光梳光譜儀已經(jīng)存在了近20年，是一種使用光學(xué)頻率梳（簡(jiǎn)稱：光梳）光源的大帶寬高分辨率光譜測(cè)量?jī)x器。光學(xué)頻率梳由等間距相位相干的梳齒構(gòu)成，它可以作為一把尺子來(lái)精確地測(cè)量光的頻率，因此是光學(xué)計(jì)量和光譜測(cè)量領(lǐng)域之中最重要的光源。

雙光梳光譜，可以記錄兩個(gè)重復(fù)頻率中存在微小差異的光梳光源之間的干涉圖樣。在時(shí)域方面，表現(xiàn)為兩個(gè)重復(fù)周期有微小差異的超短脈沖之間進(jìn)行的等效時(shí)間采樣；在頻域方面，表現(xiàn)為兩個(gè)有微小梳齒間隔差異光梳的多外差探測(cè)。

雙光梳光譜不受傳統(tǒng)光柵光譜儀的幾何限制，也不受傅里葉光譜儀的機(jī)械掃描速率限制，在分辨率、準(zhǔn)確度和測(cè)量速度上均擁有巨大的優(yōu)勢(shì)。

Birgitta Schultze-Bernhardt研究小組開發(fā)的雙光梳光譜儀的特殊之處在于，激光器系統(tǒng)在紫外光譜中發(fā)射雙光脈沖。當(dāng)這種紫外線與氣體分子相遇時(shí)，它會(huì)以電子方式激發(fā)分子，并使其轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)，即所謂的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷。

相比傳統(tǒng)的光譜儀，該寬帶紫外雙光梳光譜儀集三種特性于一身：（1）發(fā)射的紫外光譜帶寬大，這意味著可以通過一次測(cè)量收集大量關(guān)于氣體樣品光學(xué)性質(zhì)的信息；（2）高光譜分辨率，這也將使未來(lái)能夠研究復(fù)雜的氣體混合物，例如我們的地球大氣層；（3）分析氣體樣本時(shí)測(cè)量時(shí)間短。

Birgitta Schultze-Bernhardt研究小組的博士生、該論文的第一作者Lukas Furst說(shuō)道：“我們的寬帶紫外雙光梳光譜儀適用于高靈敏度氣體測(cè)量，通過這種測(cè)量可以非常精確地觀察氣體濃度和化學(xué)反應(yīng)過程的變化。”

雙光梳光譜儀在紫外光譜區(qū)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)

兩個(gè)相干紫外頻率光梳產(chǎn)生的雙梳信號(hào)

研究人員使用甲醛氣體測(cè)試了他們的雙光梳光譜儀。這種空氣污染物是在燃燒化石燃料和木材時(shí)產(chǎn)生的，也是在室內(nèi)家具使用過程中的由粘合劑產(chǎn)生的。

Birgitta Schultze Bernhardt說(shuō)：“使用我們的雙光梳光譜儀，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)紡織或木材加工行業(yè)以及城市的甲醛排放，從而提高對(duì)人員和環(huán)境的保護(hù)。”

寬帶紫外雙光梳光譜儀解決甲醛分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)問題

該寬帶紫外雙光梳光譜儀的應(yīng)用還包括其它空氣污染物測(cè)量，例如氮氧化物和臭氧以及其它與氣候相關(guān)的微量氣體。該研究小組希望這項(xiàng)技術(shù)將為大氣監(jiān)測(cè)提供新的途徑，從而可以得出改善空氣質(zhì)量的新策略。

論文信息：
https://doi.org/10.1364/OPTICA.516783