近日，中科院上海光機所超強激光科學(xué)與技術(shù)全國重點實驗室研究團隊，基于自主發(fā)展的空氣激光輔助的相干拉曼光譜技術(shù)，成功實現(xiàn)了大氣中二氧化碳濃度的檢測。相關(guān)成果以 “Detection of atmospheric carbon dioxide with air-lasing-based coherent Raman spectroscopy”為題，發(fā)表于Optics Express。

二氧化碳作為大氣中主要的溫室氣體之一，其精準(zhǔn)識別、量化與監(jiān)測是制定碳排放策略、追蹤碳循環(huán)以及應(yīng)對全球氣候變化的重要基礎(chǔ)。相干拉曼散射作為一種先進的非線性光譜技術(shù)，已在物質(zhì)檢測、生物成像等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，該技術(shù)通常需要多束激光（泵浦光、斯托克斯光或反斯托克斯光、探測光）的協(xié)同作用，并對多光束之間的時空精密控制提出了較高要求，從而限制了其在復(fù)雜多變的大氣環(huán)境中的實際應(yīng)用。

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基于空氣激光的相干拉曼光譜技術(shù)的實驗裝置和基本原理

超快強光場驅(qū)動大氣分子產(chǎn)生的空氣激光，因其獨特的時-頻-空特性，為相干拉曼散射提供了理想的探測光源，降低了相干拉曼光譜探測技術(shù)的復(fù)雜度。在該研究中，研究團隊利用空氣激光輔助的相干拉曼光譜技術(shù)，實現(xiàn)了大氣中二氧化碳濃度的定量檢測。與商用溫室氣體分析儀相比，該技術(shù)測得的二氧化碳濃度的相對誤差可達0.6%，展現(xiàn)出優(yōu)異的定量檢測能力。對于二氧化碳分子，其檢測極限低至43 ppm，較同類技術(shù)目前報道的最佳水平降低了一個數(shù)量級。此外，該技術(shù)還具備多組分同時探測能力和厘米級空間分辨率，對于大氣污染溯源以及揭示大氣污染物和溫室氣體的協(xié)同效應(yīng)具有重要意義，有望應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測與污染控制、工業(yè)過程監(jiān)控等領(lǐng)域。

相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金重點項目、面上項目、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會優(yōu)秀會員項目、中國科學(xué)院基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團隊計劃以及上海市科委原創(chuàng)探索項目的支持。

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