一個國際研究團隊使用一種稱為鬼影成像的非常規成像技術來對氣體分子進行光譜測量。芬蘭坦佩雷理工大學，東芬蘭大學和法國勃艮第弗朗什——孔泰大學的科學家采用的新方法適用于各種波長，可以改善甲烷等大氣溫室氣體的測量。

　　在光學學會（OSA）期刊Optics Letters上，研究人員報告了他們擴展鬼影成像技術的方法，以產生非常有效的光譜測量，揭示有關氣體分子化學組成的信息。他們通過使用具有超連續光源的重影來實現這一點，以捕獲通過樣本傳輸的波長相關光，并證明該技術可以測量具有亞納米分辨率的溫室氣體甲烷的光譜特征。

　　“監測大氣溫室氣體，如甲烷，二氧化碳，氧化亞氮和臭氧，對于評估這些氣體的變化水平與氣候變化的關系非常重要，”坦佩雷理工大學研究小組成員Caroline Amiot說?！霸谀承┨囟ㄇ闆r下，我們的方法可以更靈敏地檢測溫室氣體，提供有關這些重要化合物的更準確信息。”

　　幽靈成像通過關聯兩個光束的強度產生圖像，這兩個光束單獨拍攝，不攜帶關于物體形狀的任何有意義的信息，而是允許間接推斷其屬性。這種方法可以消除在惡劣環境中與典型成像系統相關的一些失真，并且已經被用于創建物理對象的高分辨率圖像，并且最近，用于在皮秒時間尺度上恢復加擾的超快信號。

　　氣體分子通常是稀疏的，因此僅將總透光率改變少量。這意味著通常需要強大的光源或極其靈敏的探測器來探測它們。

　　“因為我們的技術通過檢測包含許多波長的集成信號而工作，而不像傳統的光譜方法那樣，它可以使用功率較小的光源和無法獲得高靈敏度探測器的波長進行測量，”Amiot說。

　　光譜鬼影成像通過關聯光束的兩個臂來創建光譜圖像，其可以包含物體的透射或反射光譜：一個編碼作為探測參考的隨機圖案，另一個照亮探測參考。樣品。新的鬼影成像方法使用超連續光源，其發射的脈沖每個都包含許多波長的光。研究人員利用與連續脈沖相關的光譜之間發生的隨機波動來創建進行光譜重影成像所需的參考。

　　然后用快速檢測器檢測透過樣品的光，而沒有光譜分辨率，該光譜分辨率為所考慮的光譜帶寬的所有波長提供積分信號。圖像開始看起來像嘈雜的斑點，但一旦它與參考光譜波動相關，光譜圖像就開始出現。

　　“可以重建光譜圖像，而不會通過樣品發送大量光線，”Amiot說?！袄?，這對光敏樣品非常有益?！?/p>

　　產生更強的信號！

　　在大氣中進行氣體測量傳統上需要將高功率激光發射到大氣中，在那里它與氣體相互作用。“為了測量哪種氣體存在以及存在的數量，返回的微弱光信號必須進一步分成各種波長進行檢測，”Amiot說。“當信號非常弱時，這可能會有問題。我們的方法檢測混合在一起的所有波長，產生更強的信號，允許更靈敏的測量?！?/p>

　　研究人員通過使用它來產生甲烷的光譜圖像來測試他們的技術。鬼影成像測量完美地再現了一系列離散吸收線，這些吸收線是甲烷的指紋，并且與更常規的直接光譜測量結果相匹配，研究人員進行了比較。

　　研究人員現在正致力于使用預編程光源控制光譜波動，從而無需測量參考光譜模式。他們還致力于使用具有光學相干斷層掃描設置的光譜域重影成像，這可以允許從組織或其他生物樣本獲得敏感信息而不使用有害量的光。