我们的眼睛仅对三个光谱色带（红色，绿色，蓝色）敏感，如果颜色变得很暗，人们将无法分辨颜色。光谱学家可以通过光波的频率识别更多颜色，并可以通过光谱指纹来区分原子和分子。在一项原理验证实验中，来自马克斯-普朗克量子光学研究所（MPQ）和路德维希-马克西米利安大学（LMU）的娜塔莉·皮奎（NathaliePicqué）和西奥多·汉施（TheodorHnsch）现在已在近乎完全黑暗的环境中检测到了近100,000种颜色的宽光谱。该实验使用了两个锁模飞秒激光器和一个光子计数检测器。结果刚刚发表在《美国国家科学院院刊》上。

图注：光子计数双梳状光谱仪。脉冲重复频率稍有不同的两个锁模飞秒激光束与分束器叠加。一个输出在通过样品并到达光子计数检测器之前被高度衰减。在比通常使用的功率弱十亿倍的功率水平下，检测到的光子的统计信息将携带有关样品的信息以及其可能非常复杂的光谱。

锁模飞秒激光器发出成千上万条尖锐的光谱线，这些光谱线的频率均匀分布。这样的激光频率梳现在被广泛地用于计数激光的振荡，并且它们用作光学原子钟中的钟表。当西奥多·汉施（TheodorHnsch）和约翰·霍尔（JohnL.Hall）获得2005年度诺贝尔物理学奖时，频率梳技术得到了突出的体现。

在过去的15年中，MPQ的娜塔莉·皮奎（NathaliePicqué）利用频率梳开发了宽带光谱的新方法。在她的双梳光谱技术中，一个激光器的所有梳线同时在很宽的光谱范围内询问样品，而间距稍有不同的第二个激光器的梳线会干扰快速光电探测器以进行读出。一对梳齿线，每个激光束一对，在检测器信号中产生射频跳动音符。这些射频信号可以被计算机数字化和处理。样品中的任何光谱结构在射频信号的梳理中都重新显示为相应的图案。有效地将光信号减慢一个很大的系数，该系数等于激光重复频率除以重复频率之差。这种功能强大的光谱仪工具的独特优势包括：几乎无限的光谱分辨率，可以通过原子钟进行校准以及无需任何扫描或机械移动部件即可高度一致地采集复杂光谱。

娜塔莉·皮奎（NathaliePicqué）和西奥多·汉施（TheodorHnsch）现在证明，在光子计数方式中，双梳状光谱可以扩展到极低的光强度。即使功率非常低，以至于平均在2000个激光脉冲的时间内仅记录一次咔嗒声，也可以在光子计数检测器的咔嗒声统计中观察到干扰信号。在这种情况下，极不可能在检测路径中同时存在两个光子，每个光子来自一个激光器。如果人们假设检测前存在光子，则无法直观地解释该实验。

在光强度下工作的能力比通常使用的低十亿倍，这为双梳子光谱学的发展开辟了新的前景。娜塔莉·皮奎（NathaliePicqué）说：“现在，该方法可以扩展到最多可用微弱频率梳源的光谱区域，例如极紫外或软X射线区域。可以通过高度衰减的材料或通过大范围的反向散射，来获取光谱信号从纳米样品中提取双梳状光谱到单个原子或分子，这仅产生微弱的荧光信号，这是可行的。”

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