华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室曾和平教授和闫明研究员课题组在红外分子光谱测量技术方面取得重要进展，实现了成谱速率高达77.5Mspectra/s的宽带中红外分子光谱测量。相关成果于2023年8月24日以“Broadband Up-Conversion Mid-Infrared Time-Stretch Spectroscopy”为题在线发表在Laser & Photonics Reviews期刊，同时被选为当期的内封面。
自然界分子种类繁多，每种分子都具有独一无二的“指纹”特征光谱。瞬态分子指纹谱测量技术是揭示分子键及分子反应过程最基本的工具，是推动以分子为核心的多学科交叉的基石。分子科学领域面临一些重要科学难题，如在复杂生化体系中快速表征自由基分子并实时测量其运动规律乃至反应动力学过程一直是个悬而未决的难题；再例如，蛋白质分子具有丰富而复杂的空间结构，其折叠变化可以发生在毫秒甚至微秒以下的时间尺度。然而，对不可逆或非重复的物理化学过程，尚缺行之有效的光谱手段。其原因在于在分子指纹峰富集的中远红外波段缺少宽带、高速与高信噪比的探测器件。
针对红光谱高速探测难题，曾和平教授课题组提出了基于非线性频率上转换的超高速宽带红外光谱新方法。以一台近红外掺铒光纤激光器为光源，利用非线性频率下转换获得了宽带可调谐（2.6 to 3.9 μm）的中红外飞秒脉冲，再利用频率上转换技术将宽带红外光场转换至1.5 μm波段，并通过单模光纤和一个高速的单点探测器便实现了时间拉伸傅里叶光谱测量。系统单次成谱宽度可达200 cm-1，用时仅12.9 ns，且可对上百万个独立事件进行连续测量，因此能够为化学反应动力学、蛋白质折叠等研究提供有效的瞬态光谱分析手段。
图1：红外时间傅里叶技术对汽化过程中苯瞬态光谱的测量结果
图2：瞬态红外光谱技术穿过水层对其背后的苯样品进行光谱测量
来源：【科研动态】宽带频率上转换时间色散傅里叶中红外光谱技术 (qq.com)
论文链接：Broadband Up-Conversion Mid-Infrared Time-Stretch Spectroscopy
