朗思科技首席科学家任伟教授最新研究成果发表于《自然·通讯》(Nature Communications)

发表时间:2022-04-28 15:00

近日,朗思科技首席科学家任伟教授率领科研团队突破性地提出并论证了双光梳光热光谱气体传感技术(DC-PTS),首次实现了基于双光学频率梳的气体分子光热光谱测量。


任伟教授携手两位青年学者——来自中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的王强研究员,以及香港中文大学激光诊断与燃烧研究室的王震博士,首次实现了Dual-comb Photothermal Spectroscopy,这一重大研究进展发表于国际权威期刊《自然·通讯》(Nature Communications)上,该技术创新为同时实现高带宽、高分辨率和高灵敏度的气体检测提供了前所未有的可能性。


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高带宽、高分辨率和高灵敏度的气体传感技术对于大气监测、燃烧诊断和人体呼吸分析等许多领域都具有难以替代的应用价值。对于激光光谱传感,较宽的光谱可以同时覆盖多种气体分子的光谱特征;较高的传感器分辨率可以识别和定量分析每个测到的光谱特征;对于光谱吸收较弱的痕量气体,则要求较高的灵敏度,使传感器拥有更好的探测极限。想要进行现场应用,传感器结构还应该做到简单和便携。然而,现有的光学传感仪器大多不能满足上述的全部要求。


光学频率梳(OFC,2005年诺贝尔物理学奖的获奖成果)是一种新型光源,具备带宽高、分辨率高、响应快的优点。双光梳光谱(DCS)使用两个相干的光频梳,带来了一种全静态傅立叶变换光谱测量方法,整套系统不需要采用任何的运动部件,使得基于光梳打造稳定可靠的高性能传感仪器成为可能。然而双光梳系统需要配合同样高带宽的光电探测器,也需要较长的光-气作用距离来达到高灵敏度,这使得系统变得昂贵而复杂,体积的劣势和成本的限制,制约了双光梳在实际环境的应用。


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任伟教授引领的研究成果——双光梳光热光谱(DC-PTS)技术,填补了两大光学传感技术之间的空白,为打破上述技术瓶颈带来了曙光。DC-PTS首次将双光梳光谱(DCS)的高分辨率和快速响应,与光热光谱(PTS)的超高灵敏度优势相结合,具有天然内禀互相干的双光梳泵浦激光穿过充气的反谐振空芯光纤(由香港理工大学和暨南大学团队提供),构建了一个全光纤的静态干涉系统。在验证实验中,该系统仅依靠15 mW的双光梳功率和7 cm的空芯光纤长度就达到了8.7 ppm级别的探测灵敏度和1 THz的光谱宽度。DC-PTS这一划时代的方案为实时宽谱气体传感提供了新机会,不仅具有超高分辨率和灵敏度,还兼具用气量极少、结构紧凑、可集成的系统优势。


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LaSense朗思科技始终追求世界领先的激光光谱技术,将高灵敏、高精度、高性价比的光学传感方案应用到更广泛的测量领域,精确感知气体世界。这次朗思首席科学家任伟教授在Nature Communications期刊发表的最新成果,集合了香港中文大学、中国科学院、香港理工大学、暨南大学等科研团队在国内光学界的一线力量,基于激光传感领域多年的技术积累,完成了国际级的重要技术突破。在不断研究创新的持续推动下,朗思将聚焦热点,挑战难度,持续产学研转化,专注于将新技术运用到含碳气体的精准测量和多种气体污染源的实时监测等国家关注的重点方向和卡脖子问题,在“双碳”时代打造国产精密仪器的新标杆。


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