空气激光：一种大气探测的新工具

长三角G60激光联盟导读

来自中国科学院上海光学精密机械研究所的最新研究，探测出了一种新的大气探测新工具。

超快激光技术以其高峰值功率、短脉冲持续时间和宽光谱覆盖的独特优势，为大气污染物和有害生物化学剂的遥感提供了新的策略。特别是，空气激光由于能够在户外产生无腔光放大，在大气遥感中显示出良好的前景。它适合作为大气诊断的探针。

最近，中国科学院上海光学精密机械研究所（SIOM）的一个研究团队提出了一种空气激光辅助相干拉曼光谱，该光谱实现了两种温室气体的定量测量和同时检测，以及CO2同位素的识别。检测灵敏度达到0.03%，最小信号波动约为2%。

这项研究发表在4月8日的《超快科学》杂志上。

飞秒激光与空气分子的极非线性相互作用激发了分子氮离子的光学增益，并实现了1000倍以上的种子放大，从而产生线宽为13 cm-1的428 nm空气激光。

基于空气激光的拉曼光谱温室气体检测的基本原理。

同时，经过非线性传输后，泵浦激光的光谱宽度达到3800 cm-1，比入射激光的光谱宽一个数量级以上。

因此，它能够激发大多数污染物和温室气体的分子相干振动。当空气激光遇到相干振动的分子时，它将有效地产生相干拉曼散射。通过记录拉曼信号和空气激光的频率差，即拉曼指纹，可以确定分子身份信息。

典型拉曼光谱。

空气激光辅助相干拉曼光谱结合了飞秒激光和空气激光的优点。飞秒激光具有较宽的光谱覆盖范围和较短的脉冲持续时间，可以同时激发多个分子的相干振动。空气激光具有较窄的光谱宽度，能够区分不同分子的拉曼指纹。因此，该技术可以满足多组分测量和化学特异性的需要。

此外，研究人员证明，该技术可用于多组分同时测量和区分12CO2和13CO2。同时测量各种污染物和温室气体以及检测CO2同位素对于追踪空气污染源和研究碳循环具有重要意义。

然而，对于痕量气体远程检测的实际应用，有必要将检测灵敏度提高到ppm甚至ppb水平，并将检测距离从实验室尺度扩展到公里尺度。

拉曼信号的强度是气体压力的函数。