近日，由麻省理工学院、通用动力任务系统公司、Thorlabs量子电子公司及德克萨斯大学奥斯汀分校组成的研究团队，在长波红外频梳技术领域取得重要突破。通过将空气介质板双变调镜与量子级联激光器集成于同一紧凑平台，团队成功构建出高性能、可扩展的长波红外光频梳系统，为下一代远程传感与便携式光谱分析设备奠定了关键技术基础。
光频梳作为一种拥有等间距谱线的特殊光源，被誉为“光频率的标尺”，能够实现极高精度的光谱测量与分析。然而，在长波红外波段，色散效应一直是限制频梳带宽与性能的核心难题，导致激光谱线间隔不均，难以形成理想的梳状光谱结构。
研究团队负责人、麻省理工学院电气工程与计算机科学教授胡青指出：“在中红外波段，尤其是8至13微米的大气透明窗口，蕴含丰富的光谱特征，是光谱传感的理想区间。实现该波段的高性能频梳，意味着我们能在紧凑系统中完成高分辨率、高信噪比的光谱分析，并支持远程、静态的无机械传感操作。”
针对色散挑战，团队创新性地采用了专为补偿色散设计的空气介质板双变调镜结构。该镜面具有波纹状微纳结构，可有效调控光程与相位，从而抵消量子级联激光器固有的色散影响，实现宽谱、均匀的频梳输出。研究过程中，团队克服了制造工艺上的重大挑战——通过电子束光刻与深干法蚀刻技术，成功制备出曲面镜层结构，其层间精度达数十纳米级别，确保了对长波红外光束的高效捕获与整形。
“色散问题是制约宽带频梳系统性能的关键，”胡青教授强调，“我们的工作表明，基于双变调镜的色散补偿方案，可与长波红外量子级联激光器高效结合，从而形成稳定、相干的激光频率梳。”
此项技术突破为光谱仪与传感设备的小型化、高性能化提供了全新路径。未来，基于该技术的系统有望广泛应用于环境监测、化学分析、医疗诊断及工业过程控制等领域，实现兼具高频率分辨率、高测量速度与紧凑形态的新一代光谱传感解决方案。
苏州长显