关于创新的传感技术可以改善温室气体之浅析

　　一个国际研究团队使用一种称为鬼影成像的非常规成像技术来对气体分子进行光谱测量。芬兰坦佩雷理工大学，东芬兰大学和法国勃艮第弗朗什——孔泰大学的科学家采用的新方法适用于各种波长，可以改善甲烷等大气温室气体的测量。

　　在光学学会（OSA）期刊Optics Letters上，研究人员报告了他们扩展鬼影成像技术的方法，以产生非常有效的光谱测量，揭示有关气体分子化学组成的信息。他们通过使用具有超连续光源的重影来实现这一点，以捕获通过样本传输的波长相关光，并证明该技术可以测量具有亚纳米分辨率的温室气体甲烷的光谱特征。

　　“监测大气温室气体，如甲烷，二氧化碳，氧化亚氮和臭氧，对于评估这些气体的变化水平与气候变化的关系非常重要，”坦佩雷理工大学研究小组成员Caroline Amiot说。“在某些特定情况下，我们的方法可以更灵敏地检测温室气体，提供有关这些重要化合物的更准确信息。”

　　幽灵成像通过关联两个光束的强度产生图像，这两个光束单独拍摄，不携带关于物体形状的任何有意义的信息，而是允许间接推断其属性。这种方法可以消除在恶劣环境中与典型成像系统相关的一些失真，并且已经被用于创建物理对象的高分辨率图像，并且最近，用于在皮秒时间尺度上恢复加扰的超快信号。

　　气体分子通常是稀疏的，因此仅将总透光率改变少量。这意味着通常需要强大的光源或极其灵敏的探测器来探测它们。

　　“因为我们的技术通过检测包含许多波长的集成信号而工作，而不像传统的光谱方法那样，它可以使用功率较小的光源和无法获得高灵敏度探测器的波长进行测量，”Amiot说。

　　光谱鬼影成像通过关联光束的两个臂来创建光谱图像，其可以包含物体的透射或反射光谱：一个编码作为探测参考的随机图案，另一个照亮探测参考。样品。新的鬼影成像方法使用超连续光源，其发射的脉冲每个都包含许多波长的光。研究人员利用与连续脉冲相关的光谱之间发生的随机波动来创建进行光谱重影成像所需的参考。

　　然后用快速检测器检测透过样品的光，而没有光谱分辨率，该光谱分辨率为所考虑的光谱带宽的所有波长提供积分信号。图像开始看起来像嘈杂的斑点，但一旦它与参考光谱波动相关，光谱图像就开始出现。

　　“可以重建光谱图像，而不会通过样品发送大量光线，”Amiot说。“例如，这对光敏样品非常有益。”

　　产生更强的信号！

　　在大气中进行气体测量传统上需要将高功率激光发射到大气中，在那里它与气体相互作用。“为了测量哪种气体存在以及存在的数量，返回的微弱光信号必须进一步分成各种波长进行检测，”Amiot说。“当信号非常弱时，这可能会有问题。我们的方法检测混合在一起的所有波长，产生更强的信号，允许更灵敏的测量。”

　　研究人员通过使用它来产生甲烷的光谱图像来测试他们的技术。鬼影成像测量完美地再现了一系列离散吸收线，这些吸收线是甲烷的指纹，并且与更常规的直接光谱测量结果相匹配，研究人员进行了比较。

　　研究人员现在正致力于使用预编程光源控制光谱波动，从而无需测量参考光谱模式。他们还致力于使用具有光学相干断层扫描设置的光谱域重影成像，这可以允许从组织或其他生物样本获得敏感信息而不使用有害量的光。