覆盖紫外到太赫兹范围的高亮度相干光源

光学分析方法可以快速、准确地识别固体、液体和气体中的物质，对现代社会至关重要。这种方法是基于各类物质与不同光谱范围发生不同相互作用，比如光谱中的紫外范围可直接探测物质中的电子跃迁，而太赫兹范围则对分子振动非常敏感。

多年来，科学家们发明了多种高光谱分析和高光谱成像技术，用于观察分子折叠、转动和振动等行为，以研究如何识别肿瘤标记物、温室气体、污染物以及潜在有害物质。这种超灵敏的技术在食品检测、生物化学传感甚至文化遗产保护方面（用于古代物品、绘画或雕塑所用材料结构的研究）发挥了巨大作用。

然而，光学分析方法的一大问题是缺少宽光谱覆盖范围、亮度足够高的紧凑型光源。同步加速器可提供宽光谱的光源，但是这类光源不具备激光的时间相干性，且仅可在加速器这类大型用户设备中才能使用。

图1 红外脉冲展宽光谱和所产生脉冲的电场

近日发表于Nature Photonics的一项研究显示，一个由西班牙光子科学研究所、马克斯·普朗克光学研究所、库班国立大学以及马克斯·玻恩研究所非线性光学和超快光谱学中心的研究人员组成的国际团队，将气体填充抗共振环的光子晶体光纤与一种新型非线性晶体相结合，发明了一种由中红外光驱动的紧凑高亮度光源。该团队由西班牙加泰罗尼亚高等研究院的教授、就职于西班牙光子科学研究所的Jens Biegert领导。

这种台面设备可提供340nm至40000nm的七倍频程相干光谱，光谱亮度比目前最亮的同步加速器高出2-5个数量级。

下一步研究将利用光源几个脉冲的持续时间进行物质和材料的时域分析，从而发明新的分子光谱学、物理化学以及固体物理等领域的多模态测量方法。

原文：Ugaitz Elu, Luke Maidment, Lenard Vamos, Francesco Tani, David Novoa, Michael H. Frosz, Valeriy Badikov, Dmitrii Badikov, Valentin Petrov, Philip St. J. Russell and Jens Biegert, Seven-octave high-brightness and carrier-envelope-phase-stable light source. Nature Photonics, 2020. DOI: 10.1038/s41566-020-00735-1