近日，東京大學(xué)的研發(fā)人員成功打造出了一種稱為“雙探測脈沖振動(dòng)光譜”(DIVS)的拉曼光譜技術(shù)，這種技術(shù)可以同時(shí)測量兩種類型的振動(dòng)信號(hào)。更值得稱贊的是，DIVS技術(shù)能夠以每秒24,000個(gè)光譜的超快實(shí)時(shí)光譜速率，在低頻(或太赫茲)區(qū)域和指紋區(qū)域進(jìn)行寬帶檢測。
 

　　太赫茲和指紋光譜區(qū)域提供互補(bǔ)信息，同時(shí)測量兩個(gè)區(qū)域提供了一個(gè)全面的測量，包括關(guān)于分子結(jié)構(gòu)和相互作用的信息。雖然從這兩個(gè)區(qū)域獲取寬帶拉曼光譜的其他技術(shù)已經(jīng)被證明，但這些方法的光譜采集速率通常小于10個(gè)光譜每秒。
 

　　Sagnac干涉測量和光學(xué)濾波相結(jié)合，提供了每秒24,000個(gè)光譜的雙區(qū)(太赫茲指紋)拉曼光譜靈敏度。雙探測脈沖振動(dòng)光譜(DIVS)技術(shù)可用于在太赫茲和指紋區(qū)域具有顯著振動(dòng)信息的高濃度樣品的時(shí)間分辨測量。由東京大學(xué)的Walker Peterson提供。
 

　　DIVS利用超短激光脈沖激發(fā)拉曼振動(dòng)，并通過拉曼探測脈沖收集振動(dòng)信息。由泵浦脈沖引起的相干分子振動(dòng)也會(huì)引起振蕩的電子云，而電子云又會(huì)引起振蕩的折射率。
 

　　在給定的延遲之后，折射率由隨后的探頭檢測。當(dāng)探測器通過樣品時(shí)，其相位受折射率斜率的影響。用傅里葉變換相干反斯托克斯拉曼散射(FT-CARS)光譜檢測紅移和藍(lán)移效應(yīng)。第三種效應(yīng)——相位延遲位移(phase delay shif)是由sagnac增強(qiáng)脈沖受激拉曼散射(SE-ISRS)檢測到的。
 

　　由于對(duì)折射率的時(shí)間導(dǎo)數(shù)很敏感，F(xiàn)T-CARS在拉曼光譜中提供了指紋區(qū)域的靈敏度。SE-ISRS提供太赫茲區(qū)域靈敏度，因?yàn)樗鼘?duì)折射率本身很敏感。FT-CARS通過光學(xué)濾波和探測頻移的檢測提供指紋區(qū)域的靈敏度。SE-ISRS通過Sagnac干涉術(shù)提供太赫茲區(qū)域靈敏度，使探測相位延遲移位。
 

　　通過混合光學(xué)濾波和共徑Sagnac干涉測量法，DIVS同時(shí)檢測頻移激光脈沖(FT-CARS)和相位延遲移動(dòng)脈沖(SE-ISRS)，在太赫茲指紋區(qū)域提供雙區(qū)域靈敏度。DIVS的設(shè)置很簡單，只需要一個(gè)激光器。
 

　　研究人員用拉曼模式測量了四種液體溶劑，覆蓋范圍從66 cm-1 (2.1 THz)到1211 cm-1，以證明DIVS能夠同時(shí)快速執(zhí)行THz和指紋區(qū)域的寬帶測量。研究人員通過繪制信噪比(SNRs)作為檢測到的拉曼模的函數(shù)，定量地比較了這兩個(gè)信號(hào)，以顯示信號(hào)的比較強(qiáng)度。
 

　　DIVS使太赫茲指紋拉曼光譜(灰跡)在超快、實(shí)時(shí)光譜采集速率達(dá)到24,000光譜/秒。該方法的主要?jiǎng)?chuàng)新之處是同時(shí)檢測兩種互補(bǔ)的拉曼信號(hào)：SE-ISRS (THz區(qū)域敏感)和FT-CARS(指紋區(qū)域敏感)。
 

　　與FT-CARS信號(hào)相比，SE-ISRS信號(hào)在200 cm-1 (6.5 THz)以下的信噪比增強(qiáng)超過500倍。與SE-ISRS信號(hào)相比，F(xiàn)T-CARS信號(hào)在1000 cm-1以上的指紋信噪比增強(qiáng)10倍以上。在小于42 μS的單喇曼功率譜中，其最強(qiáng)特征振動(dòng)峰表現(xiàn)出大于1000的信噪比。
 

　　原標(biāo)題:東京大學(xué)打造新型拉曼光譜技術(shù)，可同時(shí)測量兩種類型的振動(dòng)信號(hào)