NIST研发基于双频梳的光子温度计，加快测量速度
2023-09-01 08:56:46   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

据麦姆斯咨询报道，近期，美国国家标准技术研究所（NIST）的科研团队在其现有的光子温度计（photonic thermometers）研究的基础上，开发出一种加速光子温度计进行温度测量的方法。这一改进可以允许设计并行工作的多个光子探针，从而使其能够用于复杂过程的研究并同时测量许多物理特性。

光子温度计实验装置

NIST开发的光子温度计依赖于热量改变微型光子谐振器（例如环形谐振器和光子晶体腔）的尺寸和热光特性的方式，从而创建一种光学滤波器，利用其光谱特性可以测量温度。根据NIST的说法，光子传感计可能与用于测量应变和湿度等其它物理量的微型传感器一起嵌入到土木工程结构中，以帮助监测结构的行为。

但是，光子温度计面临的一个挑战是如何有效地进行询问，即输入光子并尽快检测温度后输出。传统的方法使用激光源产生离散输入波长，可能存在速度慢、成本高且体积大等问题。对于温度快速变化的应用来说，温度测量速度尤其关键，例如在癌症治疗期间对细胞进行一定剂量的放射治疗时。

《光学快报（Optics Letters）》期刊报道的这项新研究测试了双频梳（dual frequency combs）的使用，这种方法采用两个重复率略有不同的激光频率梳作为宽带源的替代品。双频梳此前已被用来改进温室气体的探测，并由NIST于2021年在其博尔德（Boulder）区域进行部署应用，但之前未与光子温度计一起使用。

NIST光子温度计需要1520 nm至1560 nm的近红外光，并将其输入为两个频率梳，频率偏移量在射频（RF）范围内。光子温度计所经历的温度变化会导致射频输出的变化。

“这就是双频梳方法的优势。”NIST的Adam Fleisher评论道，“它将所有光学信息压缩到射频区域，这样更容易读出。”

在试验中，该科研团队将其光子温度计放置在一个称为“定点池（fixed-point cell）”的类似热水瓶的容器中。定点池由纯材料块组成，要么熔化要么冻结，但在相变发生时保持非常稳定的温度。

“我们使用定点池，因为我们希望温度稳定性不成为该实验的限制因素。”NIST的Tobias Herman说，“如果有东西产生干扰或发出噪声，我们就可以排除温度浴作为源头的可能性。”

通过这种设置，他们能够测量千分之一开尔文以内的温度，研究人员表示这对于大多数工业应用来说已经足够了。

NIST的Zeeshan Ahmed表示：“这非常接近我们商业化所需的效果，已经满足了许多应用指标的要求，例如测量速度和准确性。这项研究表明，您可以采用小型双频梳系统，并为所需的应用获得足够好的测量数据。”