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法國學者開發出一種高性能光學腔 太赫茲波能在里面反彈3000次

發布日期:2019-12-05

法國學者開發出一種高性能光學腔 太赫茲波能在里面反彈3000次
發布時間:2019-12-02 22:21:01 閱讀:40

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來源:博科園

    11月24日消息,一項新研究進展增加使用太赫茲波長進行化學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用受益,例如分析工業排放物中發現的復雜氣體混合物,以及檢測患者呼吸中的疾病生物標志物,它還可能促使通過氣體檢測來檢測食品腐敗的新方法。在光學學會(OSA)高影響力研究期刊《Optica》中,由法國歐佩爾大學Ga?l Mouret領導的研究人員,報道了一種新用于太赫茲頻率的高性能光學腔。

    使用這種腔演示了第一個令人信服,太赫茲頻率下的腔增強光譜學。太赫茲頻率介于電磁波光譜上的微波和紅外光波之間,對于光譜氣體分析,太赫茲頻率提高了區分樣品中分子和檢測各種分子的能力,然而充分利用這些頻率所需的技術仍在開發中。有幾項研究已經使用太赫茲頻率來分析排放到大氣中的工業氣體,但它們都因缺乏敏感性而受到阻礙。而新光腔將擴大可以用太赫茲氣相光譜學識別的分子類型,并提高可行的檢測水平。

    提高靈敏度

    研究人員使用最新可用的組件來構建一個高精確度太赫茲光腔,一組鏡子和一個限制光多次反射的波導。高精細光學腔表現出非常低的光損耗,因此能讓光在離開腔之前在鏡子之間反彈更多次。新部件包括一個低損耗的圓形波紋波導和兩個特別設計的高反射光子反射鏡,可以在太赫茲頻率下很好地工作。對于腔增強光譜,氣體混合物被放置在光學腔中,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回反彈約3000次。

    這意味著在一個只有50厘米長的諧振器內,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。當波在周圍反彈時,它們可以被存在的任何分子多次吸收,從而可以進行非常靈敏的測量。具有這種技巧的腔體以前在太赫茲頻率下是不可用的,這一進步使太赫茲頻率可以應用于許多已經在紅外中使用的高靈敏度技術。為了用新設備演示氣體的空腔增強光譜,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現的。

    檢測稀有分子

    雖然氣體樣品含有許多羰基硫化物的同位素,但研究人員能夠測量出一種非常稀有的同位素,其濃度僅為每50000個分子中有一個分子存在。測量樣品中不同化學同位素的比率可用于確定污染物來源。研究人員計劃擴大光譜儀的頻率范圍,以便它可以用于分析更復雜的分子和混合物。研究表明,現在可以很容易地建造高精細太赫茲空腔,并使用它們來測量高分辨率的氣體,這可能有助于改善對從環境和工業污染到醫藥等應用中存在大量低含量氣體的監測。

    關于太赫茲波

    THz波(太赫茲波)是從上個世紀80年代中后期,才被正式命名的,在此以前科學家們將統稱為遠紅外射線。太赫茲波是指頻率在0.1THz到10THz范圍的電磁波,波長大概在0.03到3mm范圍,介于微波與紅外之間。

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