图 宽波段、高分辨光热光谱气体传感。(a) 双光梳光热光谱方法概念；(b) 乙炔气体宽波段双光梳光热光谱
在国家自然科学基金项目（批准号：62005267、51776179）等资助下，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所王强研究员团队和香港中文大学任伟助理教授团队合作实现了基于光频梳的气体分子光热光谱测量。研究成果以“双光梳光热光谱（Dual-comb Photothermal Spectroscopy）”为题，于2022年4月21日在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-29865-6。
激光光谱气体传感技术在气候监测、深空和海洋勘探、生物医疗等诸多领域具有重要地位。长期以来，由于缺少理想的相干光源，难以在宽光谱范围内快速准确地获取精细光谱信息。采用光学频率梳（Optical Frequency Comb，OFC）与气体分子作用后进行频域解析，可同时获得宽光谱覆盖范围和极高的光谱分辨率，为高精度光谱测量提供了新的技术手段。但是，这种技术往往依赖于高带宽光电探测器和复杂光谱解析技术，而且需要相当长的激光与气体相互作用路径来提高检测灵敏度，严重限制了光频梳光谱在气体传感领域的广泛应用。
为突破该技术瓶颈，王强研究员团队和任伟助理教授团队提出双光梳光热光谱方法，采用电光调制器产生具有天然内禀互相干的双光梳泵浦激光，用一根7 cm长的反谐振空芯光纤构建全光纤Fabry–Pérot干涉仪，在空芯光纤28 μm直径的空间尺度内，使得mW量级泵浦光的功率密度达到40 kW/cm2。该光梳可同时以上百个不同频率对气体折射率进行调制，对0.17 μL采样体积的气体实现了ppm级的探测灵敏度和超过1 THz谱宽的光热光谱测量（图）。
该工作所提出的双光梳光热光谱方法不仅能获得丰富的分子光谱信息，而且同时具备宽光谱、高分辨率、极低耗气量和高灵敏度的优点，为大气监测、深空探测、海洋科学、呼气诊断等不同领域对精密气体探测的需求提供多功能的光谱气体传感技术。