创新的二极管激光光谱法提供了对扫描激光器在每个时刻颜色变化的精确监测，为频率计量学和实际应用建立了新的基准。

自上世纪60年代激光器问世以来，激光光谱学已经发展成为研究原子和分子复杂结构和行为的关键技术。激光技术的进步极大地扩展了其应用潜力。激光光谱学主要包括两种类型：基于频率梳的激光光谱学和可调谐连续波（CW）激光光谱学。

梳状激光光谱学能够实现极为精确的频率测量，准确度高达18位数字。这种惊人的精确度使其在2005年获得了诺贝尔物理学奖，并应用于光钟、重力传感和暗物质探测等领域。同时，频率梳还具备高精度、高速宽带光谱学的功能，因为它将大带宽和高光谱分辨率结合在一起。

但是，一个缺点是每个梳状模式的功率较低，这使得检测痕量气体变得困难。梳状模式之间的间隙也需要额外的技术来测量光谱上狭窄的特征。此外，高精度测量需要具有长期相干性的梳状源，这要求复杂且精细的稳定系统。

可调谐连续波激光光谱学

可调谐连续波激光器提供高光子通量、长相互作用路径和频率灵活性，使其成为高信噪比（SNR）的敏感分子光谱学、气体传感和激光雷达应用的理想选择。然而，这些系统通常存在激光频率扫描速度波动的问题。

已经开发了各种方法来应对这些波动，包括干涉法、单边带调制和光频梳等。频率梳校准的可调谐激光光谱学结合了频率梳的准确性和连续波激光器的可调谐性和高功率。然而，这种方法需要一个在宽范围内具有平坦光谱和稳定极化的参考频率梳，这很难实现。

据《先进光子学》报道，马克斯·普朗克光科学研究所的研究人员开发了一种新的、简单的宽带光谱学方法，该方法使用可调谐激光器实现了赫兹级精度。这项技术包括使用光纤腔和双射频（RF）调制技术对激光频率进行实时校准。这种方法可以精确跟踪扫描激光器在每个时间点的颜色。它提供了校准标记，作为一种易于使用的光学频率标尺，可以超高精度地测量光谱特征之间的光学频率距离。

新方法的影响与应用

使用这种方法，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腔自由光谱范围的微小偏差，这比现有的可调谐激光光谱方法提高了一个数量级。测量速度为1太赫兹/秒，受参考腔线宽的限制。与基于频率梳的光谱学相比，该技术提供了更高的光探针功率和更好的光谱平坦度和偏振稳定性。

这种新方法也被用于表征微谐振器等集成光子器件的光谱特征，并且与现有方法相比，测量HF气体的分子吸收光谱的精度提高了两个数量级。这种鲁棒且直接的方法不需要模式锁定或相位锁定，使其适用于实验室外的应用，包括激光雷达系统、3D成像、开放路径痕量气体传感、光子器件表征和天体物理光谱仪校准。其简单性和鲁棒性使其成为在恶劣环境中使用的绝佳选择。

参考文献：张双友、托比·比和帕斯卡·德尔·哈耶所著的《利用双调制可调谐二极管激光器和赫兹级参考腔实现实时精密光谱分析》，2024年8月9日，高级光子学。DOI：10.1117/1.AP.6.4.046003