科技日報北京10月31日電 （記者劉霞）美國科學家開發出一種新型頻率梳，能在20納秒（1納秒即十億分之一秒）的時間尺度上檢測樣本中是否存在特定分子。這種技術可使研究人員來更好地瞭解快速過程（如高超音速噴氣發動機的工作過程）內的中間步驟。相關論文發表於最新一期《自然·光子學》雜誌。
從監測溫室氣體濃度到檢測呼吸中的新冠病毒，一種稱爲頻率梳的激光系統可以前所未有的準確性和靈敏度識別出像二氧化碳一樣簡單、像單克隆抗體一樣複雜的特定分子，但其在捕捉高速過程，如高超音速推進或蛋白質摺疊成最終三維形狀的過程時，卻能力有限。
爲開發出新型頻率梳系統，美國國家標準與技術研究所（NIST）科學家使用了目前常見的雙頻梳設置，該設置包含兩個激光束，它們協同工作來檢測分子吸收的顏色光譜。大多數雙頻梳設置都包括兩個飛秒激光器，它們同步發送一對超快脈衝。但研究團隊使用了一種更簡單、更便宜的“電光梳”設置，即一束連續光束首先被分成兩束，然後電子調製器產生電場，電場改變每束光，將它們塑造成頻率梳的單個“齒”，每個齒都是一種特定顏色（頻率）的光，可被相應的分子吸收。
傳統的頻率梳可有數千甚至數百萬個齒，而最新研究中的電光梳只有14個齒，這就使每個齒擁有更高的光功率，且頻率與其他齒相距甚遠，從而產生了清晰且強烈的信號，使研究人員能在20納秒的時間尺度上檢測到光吸收的變化。
研究人員指出，在像飛機發動機這樣複雜的系統中，可使用這種方法觀察水、燃料或二氧化碳的化學性質；還可通過觀察信號的變化來測量壓力、溫度或速度等，從而改進內燃機的設計，或更好地瞭解溫室氣體如何與大氣相互作用。
研究團隊表示，最新方法的可調諧性、靈活性和速度爲許多不同類型的測量打開了大門。
