新一代光谱学：新型可调谐激光方法实现前所未有的精度

创新的二极管激光光谱技术可精确监测扫频激光在每一时刻的颜色变化，为频率计量和实际应用确立了新的基准。

自20世纪60年代激光问世以来，激光光谱学已发展成为研究原子和分子复杂结构和行为的重要技术。激光技术的进步极大拓展了其潜力。激光光谱学主要包括两种关键类型：基于频率梳的激光光谱学和可调谐连续波（CW）激光光谱学。

基于梳状激光光谱的频率测量极为精确，精度高达18位数。这种非凡的精确度使其被应用于光学时钟、重力感应和暗物质搜索等领域。频率梳还能进行高精度、高速宽带光谱测量，因为它们结合了大带宽和高光谱分辨率。

在每个时间点精确跟踪扫描激光的颜色

可调谐连续波激光光谱学
可调谐连续波激光器具有光子通量高、作用路径长和频率灵活等特点，是高信噪比的灵敏分子光谱、气体传感和激光雷达应用的理想之选。然而，这些系统经常受到激光频率扫描速度波动的影响。

为了解决这些波动问题，人们开发了各种方法，包括干涉测量法、单边带调制和光学频率梳。频率梳校准可调谐激光光谱法，结合了频率梳的精确性和连续波激光器的可调谐性和高功率。不过，这种方法需要一个具有平坦光学光谱和大范围稳定偏振的参考频率梳，而要实现这一点可能具有挑战性。

马克斯-普朗克光科学研究所的研究人员，利用可调谐激光器开发出了一种新的、直接的宽带光谱分析方法，其精度可达Hz级。据《先进光子学》杂志报道，这项技术包括利用光纤腔和双射频（RF）调制技术对激光频率进行即时校准。这种方法能够在每个时间点精确跟踪扫描激光的颜色。它提供的校准标记可用作易于使用的光频标尺，以超高精度测量光谱特征之间的光频距离。

基于双射频调制的Hz级宽带光谱仪的原理

新方法的影响和应用
利用这种方法，研究人员在11太赫兹的频率范围内以低于10赫兹的精度测量了光纤环形腔自由光谱范围内的微小偏差，这比现有的可调谐激光光谱学方法提高了一个数量级。测量速度为1太赫兹/秒，受到参考腔线宽的限制。与基于梳状频率的光谱学相比，该技术具有更高的光学探针功率、更好的光谱平坦性和偏振稳定性。

新方法还被用于表征微谐振器等集成光子器件的光谱特征，以及测量高频气体的分子吸收光谱，与现有方法相比，精度提高了两个数量级。这种稳健而直接的方法不需要模式锁定或相位锁定，因此适合实验室外应用，包括激光雷达系统、三维成像、开路痕量气体传感、光子器件表征和天体物理光谱仪校准。它的简单性和坚固性，使其成为在具有挑战性的环境中使用的绝佳选择。