基于激光的技术可以快速检测爆炸物

科学家开发了一种基于激光的方法，可以准确识别爆炸物和危险气体等化学物质，这一进步可用于机场安全和监测环境污染物。这项研究发表在《科学》杂志上，结合了两种技术，可以在精确检测化学物质的同时加快基于激光的检测速度。

第一种技术基于与核磁共振波谱学相同的思想，它使用射频来识别分子的结构。美国密歇根大学的研究人员使用了一种称为多维相干光谱 (MDCS) 的方法。

MDCS使用超短激光脉冲读取条形码等气体类型。研究人员说，当科学家通过气体混合物反射激光脉冲时，这些脉冲可以 “读取” 特定气体吸收的特定波长或颜色的光。“如果你有光穿过气体，例如，你用棱镜将白光分离成彩色光，在彩虹光谱中，你会看到黑色条纹，” 密歇根大学教授史蒂文·康迪夫 (Steven Cundiff) 说。

“黑色条纹几乎给你一个条形码，告诉你样品中是什么样的分子，” Cundiff说。以前，科学家依赖于将他们测量的分子与分子目录进行比较，这个过程需要高性能的计算机和大量的时间。“这就像试图看三个人的指纹。这是在现实世界中使用这些方法的绊脚石。使用传统的MDCS方法，我们的方法大约需要15分钟到几个小时，”Cundiff说。

为了加快这一过程，同时保持其准确性，研究人员将MDCS与另一种称为双梳光谱的方法相结合。研究人员说，频率梳是激光源，可产生由等间距的锐线组成的光谱，这些锐线用作标尺，以极高的精度测量原子和分子的光谱特征。

在光谱学中，使用两个频率梳 (称为双梳光谱学) 提供了一种优雅的方法来快速获取高分辨率光谱，而无需机械移动元件 (例如 “角立方体”)，该元件是三个反射镜，用于制作一个角，用于将激光束直接反射回自身。

他们说，这种元素通常会限制研究人员测量光谱所需的时间。Cundiff说: “这种方法可以使多维相干光谱的方法逃脱实验室，并用于实际应用，例如检测爆炸物或监测大气成分。”研究人员将他们的方法应用于含有两种铷同位素的铷原子蒸气。

两种同位素的吸收线之间的频率差太小，无法使用传统的MDCS方法观察到，但是通过使用combs，该团队能够解析这些线并根据能级如何分配同位素的光谱彼此耦合。该方法是通用的，可用于识别混合物中的化学物质，而无需事先知道混合物的组成。