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实验装置原理示意图。图片来源：Xue Zhenyue
中国科学院合肥物质科学研究院的Gao Xiaoming教授课题组开发了一种新的能够同时遥感监测大气中甲烷（CH4）、水（H2O）和一氧化二氮（N2O)的光谱仪。相关的研究成果已经发表在《Optics Express》期刊上。
在中红外波段，由于缺乏成熟的光纤元件或者光波导，通常利用传统的机械斩波器来调制太阳光，这使得光谱仪系统很难做到小型化。为了解决这个问题，科学家们开发了这种新型的光谱仪，这一光谱仪被称为基于微机电系统（MEMS）调制器的双通道中红外激光外差辐射计（MIR-LHR），科学家们利用 MEMS调制器取代了传统的机械斩波器，该研究的第一作者Xue Zhengyue说：“这使系统更加稳定和小型化”。他们还结合了两个带间级联激光器，这使开发的外差光谱仪能够同时测量CH4、H2O 和 N2O的气体体积混合比。
通过反演计算，科学家们获得了合肥地区的激光外差光谱，实验结果表明，实测CH4、H2O 和 N2O 的体积混合比与大气传输模拟光谱有较好的一致性。因此，基于MEMS调制器的MIR-LHR具有广阔的应用前景。Tan Tu副教授说：“这项研究成果为进一步开发用于大气多组分气体遥感探测的便携式高光谱分辨率激光外差光谱仪奠定了一定的基础”。
反演计算的(a)CH4、(b)H2O和(c) N2O 垂直浓度剖面。图片来源：Xue Zhenyue
消息来源：https://phys.org/news/2022-09-spectrometer-high-resolution-laser-heterodyne-spectroscopy.html
[1]Zhengyue Xue et al, A MEMS modulator-based dual-channel mid-infrared laser heterodyne radiometer for simultaneous remote sensing of atmospheric CH4, H2O and N2O, Optics Express (2022). DOI: 10.1364/OE.469271
