坦佩雷大學的研究人員和他們的合作者已經展示了如何能更快地進行光譜測量。通過將偏振與脈衝激光的顏色相關聯，該團隊可以通過簡單和極其快速的偏振測量來跟蹤光的光譜變化。該方法為在納秒時間尺度上測量整個光的彩色光譜的變化提供了新的可能性。
在光譜學中，通常在與樣品相互作用后測量探針光的波長，即顏色的變化。研究這些變化是深入了解材料特性的關鍵方法之一，可以深入到原子層面。它的應用範圍從天文觀測和材料研究到原子和分子的基礎研究都有廣泛的運用。
研究小組已經展示了一種新型的光譜方法，它有可能將測量速度提高到傳統方案不可能達到的讀出率。這些結果現在已經發表在著名的《Optica》雜誌上。
光譜測量通常依賴於將不同的顏色成分分離到不同的位置，然後通過類似於相機芯片的檢測器陣列來讀出光譜。雖然這種方法能夠直接檢查光譜，但由於大型讀出陣列的速度有限，它的速度相當緩慢。研究人員實施的新方法通過產生更複雜的激光狀態來規避這一限制，從而帶來更快的測量方案。
科學家們展示了一種簡單的方法，使激光的所有顏色成分都有不同的偏振。通過使用這種光作為探針可以簡單地測量偏振來獲得有關彩色光譜變化的信息，”該研究的主要作者、博士研究員Lea Kopf解釋說。
研究人員使用的技巧是通過將激光的飛秒脈衝連貫地分成兩部分來進行時域調製–每一部分都有不同的偏振，在時間上相對於對方略有延遲。
“這樣的調製可以很容易地使用雙折射晶體來完成，不同的偏振光以不同的速度傳播。這帶來了我們的方法所需的光譜變化的偏振，”領導實驗量子光學小組的Robert Fickler副教授描述道，該實驗就在他的小組進行。
研究人員不僅展示了如何在實驗室中生成這種複雜的光態；他們還測試了其在僅使用偏振分析重建光譜變化方面的應用。由於後者只需要最多四個同時進行的強度測量，可以使用幾個非常快的光電二極管。
使用這種方法，研究人員可以確定光譜的窄帶調製的影響，其精度與標準光譜儀相當，但速度很高。
“然而，在可能的讀出率方面，我們無法將我們的測量方案推向極限，因為我們的調製方案的速度限制在每秒幾百萬個樣本，”Lea Kopf繼續說道。
在這些有希望的初步結果的基礎上，未來的任務將包括將這一想法應用於更多的寬帶光，如超連續光源，並將該方案應用於自然快速變化的樣本的光譜測量，以充分發揮其潛力。
“我們很高興，我們對以不同方式構造光的基本興趣現在找到了一個新的方向，這似乎對通常不是我們關注的光譜學任務有幫助。作為一個量子光學小組，我們已經開始討論如何在我們的量子光子學實驗中應用這些想法並從中受益，”Robert Fickler補充道。