密歇根大学的研究人员改进了一种气体嗅探装置，可以在不到半秒的时间内探测到有毒气体和爆炸物。
这种基于激光的方法可用于机场的安全装置或监测环境中的污染物或毒素。这些物理学家的发现建立在他们去年开发的一种方法的基础上，这种方法可以在四到五分钟内检测到气体。目前的装置使用三种激光来大大缩短探测时间。他们的最新研究发表在自然光子学．
“最大的优势是,你可以检测更简单,更紧凑、更健壮的设备,同时,你可以检测更快和更少的采集时间,”史蒂文Cundiff说,项目的主要作者和哈里森·m·兰德尔物理大学的文学教授科学和艺术。
“这对设备的实用性至关重要。如果您正在监视环境，由于环境的波动，您需要以合理的速度进行监视。你不会想要等上五分钟才知道某样东西是否含有毒素。”
气体有特定的波长，可以用激光读取。Cundiff和物理学研究员Bachana Lomsadze的第一个设备使用了一种叫做“多维相干光谱学”(MDCS)的方法。MDCS使用超短激光脉冲读取这些波长，就像条形码一样。一种气体的特定波长可以确定它是哪种气体。
许多气体对某些波长或颜色的光有非常丰富的光谱——尽管这些“颜色”实际上可能是红外线，因此人眼是看不见的。这些光谱使它们很容易被识别。但当科学家试图识别混合物中的气体时，这就变得困难了。在过去，科学家依赖于根据分子目录来检查他们的测量结果，这一过程需要高性能的计算机和大量的时间。
坎迪夫之前的方法使用MDCS和另一种叫做双梳光谱的方法，将检测时间缩短到四到五分钟。频率梳是一种激光源，它产生的光谱由等间距的尖锐线组成。这些谱线被用作测量原子和分子光谱特征的规则，以极其精确的方式识别它们。在双梳光谱学中，激光以不同的模式发送光脉冲，以便快速扫描气体的指纹。
现在，坎迪夫和洛姆萨泽又增加了一层激光探测技术，进一步缩短了探测时间，他们使用了一种他们称之为“三梳光谱”的方法。坎迪夫说，这也是三梳谱学首次被证明。
该研究小组添加了第三种激光，并将激光与可以对激光发出的光脉冲模式进行编程的软件配对。激光彼此同步以产生光脉冲，这样激光就可以不断扫描以识别气体。
这个装置是这样工作的:两束激光向同一个方向发出光脉冲，然后组合成一束光。这束光束穿过气体蒸汽，当光束穿过蒸汽后，它与第三束激光的光束结合。然后，最后的光束击中一个信号探测器，该探测器测量气体混合物的光谱并识别气体。虽然这次演示使用的是“自制”激光器，不是特别紧凑或坚固，但同等的商用激光器尺寸约为10英寸× 4英寸× 2英寸。
与去年的工作类似，Lomsadze和Cundiff在含有两种铷同位素的铷原子蒸汽中测试了他们的方法。吸收线的频率区别两种同位素太小的观察MDCS使用传统方法,但是通过使用梳子,Lomsadze和Cundiff能够解决这些线条和分配基于同位素的光谱能量水平是如何相互耦合。他们的方法是通用的，可以用来识别混合物中的化学物质，而事先不知道混合物的组成。
坎迪夫希望在现有的光纤技术中实现该设备，并通过软件控制激光脉冲。这样，软件就可以适应特定的环境。
“这是迈向软件可重构光谱学目标的一步，”坎迪夫说。“这类似于软件可重构无线电技术，通过加载不同的软件，相同的硬件可以用于不同的应用，比如手机或FM接收器。”
a, TCS的实验设置。PD,光电探测器。b、FWM信号的产生。梳子1的第一个脉冲(蓝色)是一个复杂的相位共轭脉冲(E1*)，它在基态和激发态之间创建了一个相干(单个共振的演化显示为浅蓝色);来自梳2的第二个脉冲(黑色)将这个相干转化为激发态的总体，然后将这个总体转化为三阶相干，辐射FWM信号，这对于非均匀加宽系统是光子回波(红色)。然后用本振梳对FWM信号进行外差处理。来源:自然光子学
了下:快速原型
