激光频率如何转化基础科学研究

光的精密尺寸（激光频率梳理）跨越数百万频率的光线，并且可以通过中红外线通过可见极紫外线。它们位于新技术的核心，如光学原子钟，分子指纹和非侵入性呼气分析仪。

虽然大多数人从未听说过激光频率梳子，但它们对推进重要的光线研究至关重要，并且有助于在广泛的应用中开发新技术。

它几乎听起来像谜语：什么工具改造了基本科学研究，并导致了如此多的不同领域的新技术 - 计时，医学研究，通信，遥感，天文学，只是为了命名几个？

这不是一个大多数人都听说过的工具，但它的影响是不可否认的：激光频率梳理。光的这些“统治者”非常简单地测量均匀间隔的不同光频率。频率的确切间隔是操纵各种应用的光的关键。

一个应用程序大大改善了光学原子钟。另一种是医疗呼气分析仪，可以检测和测量痕量的简单分子，例如过氧化氢和一氧化碳，以诊断疾病。激光频率梳子也用作精密尺寸，以搜索太阳系外的外部螺栓。在实验室中，实验物理学家使用它们在实时观看化学反应。

激光频率梳子于1999年出现，当泰普尔·普朗克斯普朗克斯普朗克斯·斯蒂夫克·霍尔克（John Hall）和JiLa的John Hall和Jun Ye的TEDHänsch领导的团队建造了世界上第一个激光梳子。（JILA是科罗拉多大学博尔德大学国家科学基金会资助的联合研究所，国家标准和技术博尔德实验室国家研究所。）

这些激光梳子产生了数千种独立的颜色或频率，激光，全部与时间和空间完全重叠。当这些频率显示在图形上时，它们是尖锐的，完美的均匀间隔的尖峰，类似于梳子的牙齿。第一激光频率梳子包括频率“齿”跨越可见和近红外光谱的部分。由于颜色均匀地间隔，就像标尺上的标记一样，科学家们认识到激光频率梳理的潜力，以便精确测量和更好地理解我们的世界。

如今，激光频率梳地跨越数百万光从中红外线通过可见的极端紫外线，范围不断扩大。它们测量激光，星星，星云，分子和原子发出的光的频率。并且，一旦他们扩展到频谱的X射线区域，科学家们甚至将能够对地原子核进行同行。

自1999年以来，Jun Ye的集团开发了激光频率梳理应用，包括：

激光频率梳可以控制光的整个可见光光谱的无伸展原子钟。基于中红细的分子分析仪，可用于研究化学反应和分析呼吸。新的极端紫外线激光频率梳子正在开放新的测量前沿在原子和纳米粒子的研究中。

YE Group的原子时钟使用在光的晶体中保持锶原子来产生“蜱圈”进行计时。用700纳米红光的无速激光刺激原子。该激光器连接到激光频率梳。只有一百万梳状线连接到时钟的激光，但一旦梳子发现正确的颜色，它也提供了有关所有其他颜色的信息。

“我们的时钟激光的稳定性很好，我们的时钟不会为宇宙的整个年龄而失去一秒钟，”叶说。“光照是如此连贯，你可以从地球到月球和后退10次，你仍然知道你坐在哪个特别的[光波的峰值或槽]，如果没有大气的骚乱。此外，时钟激光通过我们的激光梳子将其稳定性转移到整个可见光谱的其余部分。“

由于盛大频率梳的令人惊讶的精度，新的原子钟不仅仅是一个时钟。将来，它可能用于映射地球的引力场，对物理学的基本定律进行测试，包括暗物质搜索，并探索许多原子的量子行为集体。

YE的集团将激光频率扩展到中红外线，并显示它们可以改变分子光谱的世界，基于它们在检测分子的敏感性方面提供新技术。例如，该组使用中红外频率梳理到指纹简单分子，如水和二氧化碳。

最近，该集团与医学研究人员合作，开发梳型非侵入性呼气分析仪以识别人类呼吸中发现的特定分子。该器件在大量水存在下鉴定了痕量的过氧化氢。过氧化氢的检测为发育急性呼吸窘迫综合征的患者提供了预警。

在相关实验中，中红外激光频率梳状物能够表明新的灭菌器有效地杀死细菌和孢子，产生臭氧，过氧化氢，氧化氮和二氧化氮。

YE组目前使用中红外频率梳，用于研究人类呼吸中发现的挥发性有机化合物等复杂分子。然而，这些化合物由许多具有复杂的原子，并且有时在室温下具有有时不可暗，光谱签名，因此不可能进行指纹。然而，该组已经发现，如果挥发性有机化合物冷却至低温，则它们将具有不同的指纹。他们的呼吸检测将帮助医生诊断肺癌。

该集团还使用中红外激光频率梳理来学习化学反应。因为频率梳子在庞大的景观中提供光谱信息，所以研究人员可以在一起闲逛时观看分子。它们还可以观察到分子在不同条件下采取的反应途径。研究人员可以将它们开始的分子，在化学反应过程中制造的任何新分子和它们最终得到的分子。

激光频率梳子的尖端研究还包括它们在极端紫外线的发展。最近，YE集团表明，极端的紫外线梳理现在几乎与其可见光同行一样好。不久的将来的可能性包括学习高度充电的离子，建立精密核时钟，使核同位素选择和探索激烈的光田中的电子行为。

“真实的是你衡量的是什么，”你说，“因为我们可以精确地用光衡量，我们通过可见的紫外线和进入极端紫外线的令人兴奋的科学之旅。也许我们将在不久的将来进入软X射线。看到分子的舞蹈和核动过渡都在普通尺的光明统治者身上令人惊讶。“

图像：耶和华和史蒂夫洞穴，吉拉