研究人員第一次使用了一種稱為雙梳光譜的先進分析技術(shù)來快速獲取極其詳細的高光譜圖像。通過以高靈敏度和高速度獲取場景中每個像素的全范圍信息，該新方法可以極大地推動廣泛的科學(xué)和工業(yè)應(yīng)用，例如化學(xué)分析和生物醫(yī)學(xué)傳感。

    西班牙馬德里卡洛斯三世大學(xué)的研究小組負責(zé)人佩德羅·馬丁·馬特奧斯說：“雙梳光譜技術(shù)通過提供無與倫比的光譜分辨率和準(zhǔn)確性以及較短的采集時間而無需移動部件，徹底改變了光譜學(xué)。” “我們新的直接高光譜雙梳成像方法將有可能擴展當(dāng)前雙梳系統(tǒng)的大多數(shù)點檢測功能，以創(chuàng)建整個場景的光譜圖像。”

    雙梳光譜儀使用兩個稱為光頻率梳的光源，它們發(fā)出的光譜(或頻率)的光譜像梳子上的牙齒一樣完全隔開。如《光學(xué)學(xué)會》高影響力研究期刊Optica所報道的，這是第一次使用攝像機直接檢測到雙梳狀光譜。馬丁·馬特奧斯說：“我們在短短一秒鐘內(nèi)就演示了二維物體的光譜詢問，比以前的演示快了三個數(shù)量級。” “這種快速的采集時間可以實現(xiàn)快速或動態(tài)過程的雙梳子高光譜成像，這是以前不可能做到的。”

    盡管這項工作是使用近紅外波長進行的，但研究人員表示，這一概念可以輕松地轉(zhuǎn)移到各種光譜區(qū)域，從而擴大了可能的應(yīng)用范圍。尤其是，將方法擴展到太赫茲和毫米波光譜區(qū)域?qū)槭称罚r(nóng)業(yè)和制藥行業(yè)的無損檢測和產(chǎn)品檢驗提供許多新的機會。在中紅外和近紅外區(qū)域，它還可以增強化學(xué)成像，3-D映射和表面形貌技術(shù)的性能。

    展示了其新的直接高光譜雙梳成像方法的光學(xué)設(shè)置。該方法擴展了當(dāng)前雙梳系統(tǒng)的點檢測能力，以創(chuàng)建整個場景的光譜圖像。圖片提供：馬德里卡洛斯三世大學(xué)的Pedro MarTIn-Mateos雙梳狀光譜儀通過干擾來自兩個緊密匹配的光學(xué)頻率梳的光來工作。這種混合過程產(chǎn)生的信號稱為干涉圖，其速率通常為數(shù)十兆赫茲(每秒百萬次)，即使是最快的高速攝像機也無法捕捉到。

    Martín-Mateos解釋說：“我們將系統(tǒng)生成的干涉圖延長到一秒，從而可以使用攝像機檢測雙梳狀干涉信號。” “這允許對整個場景進行光譜分析，而不僅僅是一個點。”為此，研究人員建立了一個基于非常簡單的電光雙梳光源的系統(tǒng)，該電光源主要由光纖組件組成。兩個聲光調(diào)制器的使用使它們可以使光學(xué)梳偏移任意低頻，從而產(chǎn)生超慢的干涉圖。

    研究人員使用這種新方法來獲取從瓶中逸出的氨氣的高光譜圖像。他們以每秒25幀的視頻速率實現(xiàn)1 GHz(0.0033 cm-1)的光學(xué)分辨率，每幀包含327,680個單獨的光譜測量值。據(jù)研究人員稱，他們獲得的分辨率可以輕松區(qū)分不同的氣體，并且比目前的商用設(shè)備好100倍。

    “例如，這使我們能夠輕松地識別和區(qū)分不同的氣體。在第一個實驗演示中展示的分辨率比當(dāng)前的商用設(shè)備高出兩個數(shù)量級。Martín-Mateos說：“簡單性是該系統(tǒng)的主要優(yōu)勢之一。” “它可以完美地工作，并且可以在任何光學(xué)實驗室中實施。”

    這項工作是ATTRACT計劃(Horizon 2020)資助的一個較大項目的一部分，該項目旨在開發(fā)一種快速高光譜成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用電磁頻譜的太赫茲區(qū)域進行檢查，質(zhì)量控制以及農(nóng)產(chǎn)品和食品的分類。研究人員現(xiàn)在正在努力開發(fā)太赫茲雙梳光源，以在該光譜區(qū)域內(nèi)演示該方法。