国立产业技术综合研究所［中钵良二会长］（以下简称“AIST”）物理测量标准研究部[研究部主任 Yasuhiro Nakamura] 频率测量研究小组研究员 Akira Okubo 和研究小组组长 Hajime Inaba 开发了一种适用于环境测量的高速、高精度气体检测和识别方法。
该技术是AIST独有的高性能“光com已使用“”双梳光谱通过开发设备来实现。到目前为止，气体分析领域傅里叶变换红外光谱 (FT-IR)的方法，但它比这个高两个数量级分辨率被实现了。此外，由于可以在短时间内进行测量，因此有望在环境、能源和医学等领域具有广泛的应用，例如多种气体共存时的环境气体分析、内燃机的评估、呼吸分析等。
这项技术的详细信息很快就会在学术期刊上发表应用物理快车
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| 使用“光梳”进行气体检测和识别 |
为了实现低环境影响的社会，需要能够以高灵敏度和分辨率实时进行环境测量的技术。光谱分析法是一种气体分析方法，利用气体分子吸收特定波长光的特性，已用于测量温室气体、有害气体等环境气体，以及评估发动机等内燃机。为了实时分析含有多个分子或结构复杂的分子的气体，需要高分辨率和短时间内测量，但目前主要使用的FT-IR还无法同时实现这两者。
为了为国家长度标准和下一代国际时间标准的候选光钟的开发做出贡献，产业技术研究所一直在进行用于精确测量和控制激光频率的“光梳”的研究和开发，并开发出了世界最高水平的频率噪声极低的“光梳”。另一方面，使用两个光梳的双梳光谱仪可以在短时间内测量气体分子的吸收，其分辨率和频率（波长）精度超过传统的FT-IR，从而可以高速、高精度地检测和识别气体的类型。
因此，我们决定将AIST的高性能“光梳”应用于双梳光谱仪，设计数据处理方法，开发高速检测和识别气体的技术。
这项研发由国家研究开发公司日本科学技术振兴机构（JST）的战略创意研究推进项目（ERATO）“瓮岛智能光合成器项目”（FY2014-2019）、产学界共创基础研究计划“创建可追溯至国家标准的相干频率链路以及基于其的太赫兹频率标准技术的系统化构建”进行（2011-2011财年），独立行政机构这项工作得到了日本学术振兴会（JSPS）科学研究补助金的支持，“结合先进光源的超高分辨率红外分子光谱仪的开发”（2011-2015），“使用高度稳定的光学谐振器的光学频率梳的绝对线宽窄化”（2011-2011），以及“使用低热噪声光学谐振器开发超稳定激光器”（2010-2010）。
使用AIST独有的两个高性能光梳开发了双梳光谱仪。通过设计数据处理方法，我们不仅实现了高分辨率和精度，而且实现了双梳光谱仪最大的测量波长带。图 1 显示了从 10 μm 到 19 μm 的波长范围 (波数5100 至 10000 厘米-1) 超级宽带光谱测定这些是整个光谱和部分放大图。可以看出，可以同时测量样品中三种气体分子的吸收。该波段是迄今为止所有双梳光谱仪中最宽的波段，从 5900 到 7300 cm-1宽3倍以上，分辨率00016 cm-1和 01 cm 的典型 FT-IR-1此外，每次测量仅需 13/100 秒。这使得同时检测多种气体分子成为可能，例如甲烷、氨、氟化氢、氯化氢、乙炔和水，而这对于 FT-IR 来说是困难的。
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| 图1 测量光谱的整体图(a)和放大图(b至g) |
图2为新开发的双梳光谱仪测得的乙炔气体分子在15μm波段的吸收光谱，分子吸收光谱数据库（HITRAN）的比较可以看出，所研制的双梳光谱仪的测量结果与数据库值吻合得非常好。该设备还可用于同位素分析，这是 FT-IR 难以做到的。
新开发的双梳光谱仪可根据使用目的对波段、灵敏度、测量时间等进行优化，因此有望在环境、能源、医学等领域有广泛的应用，如环境气体分析、内燃机评估、呼吸分析等。
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| 图2 测量结果与数据库对比 |
除了设备小型化之外，我们还将继续改进数据采集和分析程序，开发它们不仅可用于实验室，还可用于现场。我们还计划对各种样品进行优化的光谱测量，例如检测微量环境气体和测量等离子体温度。