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和工業(yè)應用，例如化學分析和生物醫(yī)學傳感。

    西班牙馬德里卡洛斯三世大學的研究小組負責人佩德羅·馬丁·馬特奧斯說：“雙梳光譜技術通過提供無與倫比的光譜分辨率和準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?！?“我們新的直接高光譜雙梳成像方法將有可能擴展當前雙梳系統(tǒng)的大多數(shù)點檢測功能，以創(chuàng)建整個場景的光譜圖像?！?/p>

    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《光學學會》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?！?/p>

    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移到各種光譜區(qū)域，從而擴大了可能的應用范圍。尤其是，將方法擴展到太赫茲和毫米波光譜區(qū)域將為食品，農(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，它還可以增強化學成像，3-D映射和表面形貌技術的性能。

    展示了其新的直接高光譜雙梳成像方法的光學設置。該方法擴展了當前雙梳系統(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?！睘榇耍芯咳藛T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。兩個聲光調制器的使用使它們可以使光學梳偏移任意低頻，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前的商用設備高出兩個數(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。