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

據(jù)麥姆斯咨詢報道，格拉茨技術(shù)大學(xué)（Graz University of Technology）實驗物理研究所的Birgitta Schultze-Bernhardt領(lǐng)導(dǎo)的一個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)測方法，研制出世界上第一臺寬帶紫外雙光梳光譜儀，可以連續(xù)測量空氣污染物，并實時觀察其與環(huán)境的反應(yīng)。相關(guān)研究內(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（簡稱：光梳）光源的大帶寬高分辨率光譜測量儀器。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精確地測量光的頻率，因此是光學(xué)計量和光譜測量領(lǐng)域之中最重要的光源。

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

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械掃描速率限制，在分辨率、準(zhǔn)確度和測量速度上均擁有巨大的優(yōu)勢。

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，它會以電子方式激發(fā)分子，并使其轉(zhuǎn)動和振動，即所謂的振動-轉(zhuǎn)動能級躍遷。

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）分析氣體樣本時測量時間短。

Birgitta Schultze-Bernhardt研究小組的博士生、該論文的第一作者Lukas Furst說道：“我們的寬帶紫外雙光梳光譜儀適用于高靈敏度氣體測量，通過這種測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?！?/p>

雙光梳光譜儀在紫外光譜區(qū)的實驗實現(xiàn)

兩個相干紫外頻率光梳產(chǎn)生的雙梳信號

研究人員使用甲醛氣體測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：“使用我們的雙光梳光譜儀，可以實時監(jiān)測紡織或木材加工行業(yè)以及城市的甲醛排放，從而提高對人員和環(huán)境的保護(hù)?！?/p>

寬帶紫外雙光梳光譜儀解決甲醛分子轉(zhuǎn)動能級問題

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技術(shù)將為大氣監(jiān)測提供新的途徑，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