科学家为高速光谱测量开发出新的方法
坦佩雷大学的研究人员和他们的合作者已经展示了如何能更快地进行光谱测量。通过将偏振与脉冲激光的颜色相关联，该团队可以通过简单和极其快速的偏振测量来跟踪光的光谱变化。该方法为在纳秒时间尺度上测量整个光的彩色光谱的变化提供了新的可能性。在光谱学中，通常在与样品相互作用后测量探针光的波长，即颜色的变化。研究这些变化是深入了解材料特性的关键方法之一，可以深入到原子层面。它的应用范围从天文观测和材料研究到原子和分子的基础研究都有广泛的运用。
研究小组已经展示了一种新型的光谱方法，它有可能将测量速度提高到传统方案不可能达到的读出率。这些结果现在已经发表在著名的《Optica》杂志上。
光谱测量通常依赖于将不同的颜色成分分离到不同的位置，然后通过类似于相机芯片的检测器阵列来读出光谱。虽然这种方法能够直接检查光谱，但由于大型读出阵列的速度有限，它的速度相当缓慢。研究人员实施的新方法通过产生更复杂的激光状态来规避这一限制，从而带来更快的测量方案。
科学家们展示了一种简单的方法，使激光的所有颜色成分都有不同的偏振。通过使用这种光作为探针可以简单地测量偏振来获得有关彩色光谱变化的信息，"该研究的主要作者、博士研究员Lea Kopf解释说。
研究人员使用的技巧是通过将激光的飞秒脉冲连贯地分成两部分来进行时域调制--每一部分都有不同的偏振，在时间上相对于对方略有延迟。
"这样的调制可以很容易地使用双折射晶体来完成，不同的偏振光以不同的速度传播。这带来了我们的方法所需的光谱变化的偏振，"领导实验量子光学小组的Robert Fickler副教授描述道，该实验就在他的小组进行。
研究人员不仅展示了如何在实验室中生成这种复杂的光态；他们还测试了其在仅使用偏振分析重建光谱变化方面的应用。由于后者只需要最多四个同时进行的强度测量，可以使用几个非常快的光电二极管。
使用这种方法，研究人员可以确定光谱的窄带调制的影响，其精度与标准光谱仪相当，但速度很高。
"然而，在可能的读出率方面，我们无法将我们的测量方案推向极限，因为我们的调制方案的速度限制在每秒几百万个样本，"Lea Kopf继续说道。
在这些有希望的初步结果的基础上，未来的任务将包括将这一想法应用于更多的宽带光，如超连续光源，并将该方案应用于自然快速变化的样本的光谱测量，以充分发挥其潜力。
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