现在可以在弱光条件下进行精密光谱分析

在最近发表在《自然》杂志上的一项研究中，德国柏林马克斯·玻恩研究所和加兴马克斯·普朗克量子光学研究所的研究人员推出了一种用光破译物质特性的新技术，该技术可以同时检测和精确具有高化学选择性地量化许多物质。

他们的技术在非常微弱的光水平下询问紫外光谱区域的原子和分子。这些实验使用两个光学频率梳和光子计数器，为在弱光条件下进行双梳光谱学开辟了令人兴奋的前景，并为光子级诊断的新应用(例如单个原子或分子的精密光谱学)铺平了道路用于地球大气层或太空望远镜中的物理和紫外光化学的基本测试。

紫外光谱学的进展

紫外光谱在原子中的电子跃迁和分子中的电子振动跃迁的研究中起着至关重要的作用。这些研究对于基础物理学、量子电动力学理论、基本常数的确定、精密测量、光学时钟、支持大气化学和天体物理学的高分辨率光谱以及强场物理学的测试至关重要。

Nathalie Picqué 团队的科学家现已在紫外光谱领域取得了重大飞跃，成功地在紫外光谱范围内实现了高分辨率线性吸收双梳光谱。这一突破性的成就为在弱光条件下进行实验开辟了新的可能性，为各个科学技术领域的新颖应用铺平了道路。

双梳光谱的原理和挑战

双梳光谱是一种在宽光谱带宽上实现精确光谱的强大技术，主要用于气相小分子的红外线性吸收。它依赖于测量重复频率略有不同的两个频率梳之间的时间相关干扰。频率梳是均匀分布、相位相干的激光线的光谱，其作用就像一把尺子，可以极其精确地测量光的频率。双梳技术不受传统光谱仪相关几何限制的影响，并且在高精度和准确度方面具有巨大潜力。

然而，双梳光谱通常需要强激光束，使其不太适合低光水平至关重要的场景。该团队现已通过实验证明，双梳光谱可以在光线不足的条件下有效使用，其功率水平比通常使用的功率水平弱一百万倍以上。

这一突破是通过使用两种不同的实验装置和不同类型的频率梳发生器实现的。该团队开发了一种光子级干涉仪，可以准确记录光子计数的统计数据，显示基本极限的信噪比。这一成就凸显了实验中可用光的最佳利用，并为双梳光谱在低光水平必不可少的挑战性场景中开辟了前景。

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