益康唑参考光谱

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员曹俊诚、黎华团队与华东师范大学教授曾和平团队合作，在高稳定自参考太赫兹双光梳方面取得研究进展。研究团队提出自参考方法，完全消除了THz双光梳共有载波噪声，同时抑制了重复频率噪声，将THz双光梳梳齿线宽由未稳频的2-3 MHz量级压缩至14.8 kHz，大幅提升了THz双光梳光源的稳定度。相关成果以Terahertz Semiconductor Dual-comb Source with Relative Offset Frequency Cancellation为题发表在《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）上，并被遴选为封面论文。双光梳由两个重复频率略有不同的光频梳组成，通过多外差采样将光谱信息直接映射在微波波段，这种不依赖机械扫描的时间延迟结构令双光梳天然具有高速、高分辨等优势，在高精度光谱、成像、测距以及大容量高速通信方面具有重要应用。在THz波段，基于电泵浦的半导体量子级联激光器（quantum cascade laser，QCL）是实现THz光频梳与双光梳的理想载体。当前，THz QCL双光梳通常工作于自由运行模式，具有较高的相位噪声，限制其高精度应用。提高双光梳频率稳定性的主要思路是分别控制两个光频梳基础频率分量，即载波包络偏移频率和重复频率。要完全锁定THz QCL双光梳需要同时锁定四个不同频率，即两个载波包络偏移频率和两个重复频率。尽管研究团队在前期工作中将THz双光梳一根梳齿通过锁相环实现了锁定，提升了双光梳的稳定性，但是还未实现THz双光梳的完全硬件锁定，而要在实验室实现四个频率的完全锁定，将涉及复杂的硬件系统。该工作中，研究人员提出了自参考“软锁定”方法，不采用任何硬件锁模模块，对双光梳整体信号进行操控，实现了高稳定自参考THz QCL双光梳光源。双光梳梳齿噪声来源于两个未锁定的光频梳的载波包络偏移频率和重复频率噪声，通过多外差拍频产生的双光梳的每根梳齿都享有相同的载波包络频率及噪声。通过消除共有的载波包络频率噪声，则可以显著提高每根双光梳梳齿的稳定性。研究通过窄带滤波器将双光梳的一根梳齿滤出并将其与整个双光梳信号进行混频，从而彻底消除双光梳梳齿的共有载波噪声，同时还可以抑制重复频率噪声，构造出无载波包络偏移频率的零偏双光梳，显著提高双光梳信号的长期稳定性【图1（a）】。未稳频THz双光梳光谱在15 s的测试时间内，测得的梳齿“最大保持”线宽为2 MHz【图1（b）】。施加自参考稳频之后测得的THz双光梳光谱，在60 s内，测得的“最大保持”线宽为14.8 kHz，比未稳频的THz双光梳梳齿线宽提升了130倍以上【图1（c）】。研究工作提出的自参考稳频方法，不依赖任何锁定元件，同时可方便移植于其他激光系统中，为提高光谱、成像等各种应用的稳定性提供一种简单有效的稳频方法。 相关研究工作得到国家自然科学基金重点项目、国家优秀青年科学基金项目、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划、中科院“从0到1”原始创新项目、中科院科研仪器设备研制项目、上海市优秀学术带头人计划等的支持。 　图1（a）自参考稳频原理。其中frep1和frep2分别是两个光频梳的重复频率，其中frep2通过微波注入锁定到fRF。“彩虹”频谱表示MHz范围内的下转换双光梳信号，通过带通滤波器将其中一根梳齿滤出（虚线框），从而采用混频实现零偏自参考双光梳。（b）未稳频THz双光梳“最大保持”频谱，测量时间为15 s。（c）自参考双光梳“最大保持”频谱，测量时间为60 s。

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所曹俊诚、黎华研究员领衔的太赫兹（THz）光子学研究团队与华东师范大学曾和平教授团队合作，在高稳定自参考太赫兹双光梳方面取得重要研究进展。项目团队提出自参考方法，完全消除了THz双光梳共有载波噪声，同时抑制了重复频率噪声，将THz双光梳梳齿线宽由未稳频的2-3 MHz量级压缩至14.8 kHz，大幅提升了THz双光梳光源的稳定度。相关成果于2023年2月3日以“Terahertz Semiconductor Dual-comb Source with Relative Offset Frequency Cancellation”为题发表在Laser & Photonics Reviews期刊，并被遴选为封面论文。双光梳由两个重复频率略有不同的光频梳组成，通过多外差采样将光谱信息直接映射在微波波段，这种不依赖机械扫描的时间延迟结构令双光梳天然地具有高速、高分辨等优势，在高精度光谱、成像、测距以及大容量高速通信方面具有重要应用。在THz波段，基于电泵浦的半导体量子级联激光器（quantum cascade laser, QCL）是现实THz光频梳与双光梳的理想载体。当前，THz QCL双光梳通常工作于自由运行模式，具有较高的相位噪声，限制其高精度应用。提高双光梳频率稳定性的主要思路是分别控制两个光频梳基础频率分量，载波包络偏移频率和重复频率。因此，要完全锁定THz QCL双光梳需要同时锁定四个不同频率，即两个载波包络偏移频率和两个重复频率。四个不同频率的复杂系统。尽管项目团队在前期工作中将THz双光梳一根梳齿通过锁相环实现了锁定，并提升了双光梳的稳定性，但是还未实现THz双光梳的完全硬件锁定。而要在实验室实现四个频率的完全锁定，将涉及非常复杂的硬件系统。在本工作中，研究人员提出了自参考“软锁定”方法，不采用任何硬件锁模模块，对双光梳整体信号进行操控，实现了高稳定自参考THz QCL双光梳光源。双光梳梳齿噪声来源于两个未锁定的光频梳的载波包络偏移频率和重复频率噪声，通过多外差拍频过程，双光梳的每根梳齿都共享相同的载波包络频率及噪声。通过消除共有的载波包络频率噪声，则可以显著提高每根双光梳梳齿的稳定性。如图1（a）所示，通过窄带滤波器将双光梳的一根梳齿滤出并将其与整个双光梳信号进行混频，从而彻底消除双光梳梳齿的共有载波噪声，同时还可以抑制重复频率噪声，构造出无载波包络偏移频率的零偏双光梳，显著提高双光梳信号的长期稳定性。图1（b）为未稳频THz双光梳光谱，在15 s的测试时间内，测得的梳齿“最大保持”线宽为2 MHz。图1（c）为施加自参考稳频之后测得的THz双光梳光谱。在60 s内，测得的“最大保持”线宽为14.8 kHz，比未稳频的THz双光梳梳齿线宽提升了130倍以上。本工作提出的自参考稳频方法，不依赖任何锁定元件，同时可方便移植于其它激光系统中，为提高光谱、成像等各种应用的稳定性提供一种简单有效的稳频方法。本论文共同第一作者为中科院上海微系统所副研究员李子平、博士生马旭红，黎华研究员、曹俊诚研究员、曾和平教授为论文共同通讯作者。同时，上海理工大学李敏副教授和华东师范大学闫明研究员为该工作也做出了重要贡献。该研究工作得到了国家自然科学基金重点项目（62235019）、国家优秀青年科学基金项目（62022084）、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划（YSBR-069）、中科院“从0到1”原始创新项目（ZDBS-LY-JSC009）、中科院科研仪器设备研制项目（YJKYYQ20200032）、上海市优秀学术带头人计划（20XD1424700）等支持。图1（a）自参考稳频原理。其中frep1和frep2分别是两个光频梳的重复频率，其中frep2通过微波注入锁定到fRF。“彩虹”频谱表示MHz范围内的下转换双光梳信号，通过带通滤波器将其中一根梳齿滤出（虚线框），从而采用混频实现零偏自参考双光梳。（b）未稳频THz双光梳“最大保持”频谱，测量时间为15 s。（c）自参考双光梳“最大保持”频谱，测量时间为60 s。图2 论文封面论文链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202200418封面链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202370016

1、操作简单 便携式检测设备脱颖而出 　　"地沟油"、"转基因食品"、"三鹿奶粉"、"苏丹红"、"人造鸡蛋"等字眼相信大家并不陌生，生活中食品安全问题已经严重影响了人们的饮食健康，每年都有不少"黑心"商家被曝光，在利益的驱使下，仍然会有不法分子铤而走险。为此，如何保护家人享有安全、健康的饮食，已经成为困扰众多家庭的一大难题，人们对便携食品检测设备的需求呼之欲出。 智能光谱仪玩转健康饮食 靠谱不靠谱？ ▎操作简单 便携式检测设备脱颖而出 　　关于食品安全检测，其方式方法并不唯一，由于简单方便、效率高等特点，便携式光谱仪逐渐脱颖而出，这类仪器体积小、重量轻、便于携带，能够实现现场检测快速出具检测结果，且检测方法固定，对操作人要求不高而被人们所重视。 便携式手持光谱仪（图片来自gongqiu） 　　光谱仪又称分光仪，是进行光谱分析和光谱测量的仪器，能够将复色光分离成光谱的光学仪器。该仪器利用各种原理可以将一束混合光分成多束纯光，由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定其化学组成。 光纤光谱仪工作原理 将复色光分离成纯光束（图片来自仪器信息网论坛） 　　便携式光谱仪的原理即是如此，通过自身放射出检测光线，分析物品分子反射的光线波长来判定物品的成分，与大型实验室内的仪器一样，都是通过对着物品发散出光线波长，再根据每种原子的特征线谱比对，便可知晓其物质或化学成分。 家庭级智能光谱仪身材更小巧 应用更简单（图片来自demohour） 　　目前，这种消费级光谱仪的应用还处于完善阶段，其功能和所应用的领域参差不齐，但主要都是为用户提供食品检测为主，目前有设备已经处于众筹阶段，相信经过一段时间的发展，这类便携式检测设备将会改变人们对食材挑选的标准！ 2、应用广泛 智能光谱仪呵护饮食健康 ▎应用广泛 智能光谱仪呵护饮食健康 　　在日常的食品、食物选购时，你是否会关注食品标签？从中可以了解到食品中的一些营养成分，如能量、脂肪、蛋白质、碳水化合物等。有些人会对一些食品或食品中含有的物质过敏，同样有些"黑心"商家为了让食材或食品的色泽、保质期、口感更佳，在食物中会添加一些国家明确禁止或含量已经超标的物质，而这类成分根本不会在食品包装或标签中有任何体现！ 今年3· 15晚会曝光最牛零食"辣条"生产问题（图片来自yjbys） 　　而近年来有关食品安全问题时有发生，每年3· 15晚会均会曝光一些"黑作坊"和毒害食品，每每看到这类信息，相信每个消费者都会为自己的饮食健康而担忧。但又不可能因为怕食品问题就不吃饭了，"因噎废食"肯定是不现实的，只能在购买食品或食材时，擦亮你的"双眼"。 日常选购仅仅依靠食材的色泽、手感、声音、味道选择（图片来自网络） 　　如果说前面有关光谱仪介绍和原理解析不容易理解，其实大家也可以想想自己日常是如何挑选蔬菜、肉类及其他食品的。无非就是通过看、闻、摸、听及一些窍门或经验来选购，尤其是看最为直观，消费者可以凭借商品的色泽才判断食材的好坏。光谱仪的原理也就是如此，只不过它检测比肉眼更精细，有可见光还有不可见光。 智能光谱仪帮您"优中选优"（图片来自indiegogo） 　　如果未来便携式光谱仪发展成熟，人们便可以通过这类设备来选购食品、物品，以确定食物中是否含有有毒或超标含量的化学物质，不仅可以保障消费者的饮食健康，还可以打击那些不合格产品及"黑心作坊"，让他们无所遁形。 　　其实光谱仪的应用范围很广，不仅仅局限于食物的安全检测，在农业、化学、环境检测、印刷、汽车、生物等等诸多领域有所作为，对人们的生活及社会的发展具有促进意义。 3、可靠性高？智能光谱仪实用性探索 ▎可靠性高？智能光谱仪实用性探索 　　早在20世纪60年代开始，人们便已经开始利用紫外、可见、红外等光线与物体的相互作用而产生的反射、散射和吸收等现象以此来检测食品质量。发达国家已经把光学特性检测应用于食品和农产品的质量检测和管理的多个方面。 通过光学特性为水果分级（图片来自网络） 　　以水果为例，通过应用光学特性检测食品与农产品可对水果进行自动化分级、分类和分选。①去掉缺陷品，如破损个体、霉变个体等；②按物品某成分含量分类，如可依据叶绿素来区分茶叶的新鲜度；③对水果成熟度划分，方便后续的存储与销售。可见依靠光谱特性，以此来检测食品、物品还是非常可靠的，且在多个行业应用较为广泛。 家庭级光谱仪应用较少（图片来自demohour） 　　但目前光谱仪多应用于工业领域，对于家庭级光谱仪的应用尚处于空白阶段，虽然已经有团队在研发相关消费级光谱仪设备，但由于标准、功能、应用领域并不统一。因此，便携式光谱仪设备不仅要完善产品功能，还要增加云端数据库中的物品种类，以此来满足更多消费者的检测需求。 　　看到这里，可能大家比较好奇这种设备的价格吧。确实如此，由于光谱仪目前民用型设备较少，就已知的几款设备售价都已经超过了1500元，目前这几款设备均处于众筹阶段，如果有兴趣的朋友可以多多关注本频道，有相关产品的信息，可以第一时间知晓。 4、前景可期 智能光谱仪助力健康饮食 ▎前景可期 智能光谱仪为健康饮食护航 　　随着人们生活水平的提升，越来越多的消费者开始关注健康问题，想要拥有健康的身体，不仅仅要积极运动、锻炼，还要关注饮食健康。其食品、物品、食材的安全问题就非常值得用户去关注，为此不少消费者都很关注饮食、健康类节目，希望能听到专家的一些指导意见，可以在日常生活中学以致用。 智能光谱仪为健康饮食护航（图片来自indiegogo） 　　而家庭级光谱仪的出现，则大大弥补了食品安全检测的一大空白，消费者可以随身携带检测设备，随时随地检测各种自己想要购买的食材或食品，能够让您在短时间内快速了解食物的物质成分，是否存在添加剂超标或国家明令禁止的工业用品的添加，让您开开心心购物，健健康康饮食，彻底打消您的饮食顾虑。 　　由此可以看出，消费者的需求还是比较明确的，因此就需要商家要不断完善便携式光谱仪的功能及规范，早日让消费者脱离食品安全的问题，享受健康生活，原来如此简单。 ●写在最后 　　通过对光谱仪功能的介绍及原理的分析，相信大家对这类设备已经有了明确的认识，而光谱仪广泛的应用同样可以证实，该技术还是非常可靠的，对于检测食品安全、药品、化工、农业、农产品等行业都起到积极的帮助作用，并且其应用相对简单，操控方式固定，因此对于操控人员没有过多的要求，其市场前景还是非常值得期待的，但前提要是保证消费级光谱仪设备的可靠性，让消费者远离食品安全隐患。