據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（NIST）的科研團(tuán)隊在其現(xiàn)有的光子溫度計（photonic thermometers）研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一種加速光子溫度計進(jìn)行溫度測量的方法。這一改進(jìn)可以允許設(shè)計并行工作的多個光子探針，從而使其能夠用于復(fù)雜過程的研究并同時測量許多物理特性。

NIST開發(fā)的光子溫度計依賴于熱量改變微型光子諧振器（例如環(huán)形諧振器和光子晶體腔）的尺寸和熱光特性的方式，從而創(chuàng)建一種光學(xué)濾波器，利用其光譜特性可以測量溫度。根據(jù)NIST的說法，光子傳感計可能與用于測量應(yīng)變和濕度等其它物理量的微型傳感器一起嵌入到土木工程結(jié)構(gòu)中，以幫助監(jiān)測結(jié)構(gòu)的行為。

但是，光子溫度計面臨的一個挑戰(zhàn)是如何有效地進(jìn)行詢問，即輸入光子并盡快檢測溫度后輸出。傳統(tǒng)的方法使用激光源產(chǎn)生離散輸入波長，可能存在速度慢、成本高且體積大等問題。對于溫度快速變化的應(yīng)用來說，溫度測量速度尤其關(guān)鍵，例如在癌癥治療期間對細(xì)胞進(jìn)行一定劑量的放射治療時。

《光學(xué)快報（Optics Letters）》期刊報道的這項新研究測試了雙頻梳（dual frequency combs）的使用，這種方法采用兩個重復(fù)率略有不同的激光頻率梳作為寬帶源的替代品。雙頻梳此前已被用來改進(jìn)溫室氣體的探測，并由NIST于2021年在其博爾德（Boulder）區(qū)域進(jìn)行部署應(yīng)用，但之前未與光子溫度計一起使用。

NIST光子溫度計需要1520 nm至1560 nm的近紅外光，并將其輸入為兩個頻率梳，頻率偏移量在射頻（RF）范圍內(nèi)。光子溫度計所經(jīng)歷的溫度變化會導(dǎo)致射頻輸出的變化。

“這就是雙頻梳方法的優(yōu)勢?！盢IST的Adam Fleisher評論道，“它將所有光學(xué)信息壓縮到射頻區(qū)域，這樣更容易讀出?！?

在試驗中，該科研團(tuán)隊將其光子溫度計放置在一個稱為“定點(diǎn)池（fixed-point cell）”的類似熱水瓶的容器中。定點(diǎn)池由純材料塊組成，要么熔化要么凍結(jié)，但在相變發(fā)生時保持非常穩(wěn)定的溫度。

“我們使用定點(diǎn)池，因為我們希望溫度穩(wěn)定性不成為該實(shí)驗的限制因素?！盢IST的Tobias Herman說，“如果有東西產(chǎn)生干擾或發(fā)出噪聲，我們就可以排除溫度浴作為源頭的可能性?！?

通過這種設(shè)置，他們能夠測量千分之一開爾文以內(nèi)的溫度，研究人員表示這對于大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用來說已經(jīng)足夠了。

NIST的Zeeshan Ahmed表示：“這非常接近我們商業(yè)化所需的效果，已經(jīng)滿足了許多應(yīng)用指標(biāo)的要求，例如測量速度和準(zhǔn)確性。這項研究表明，您可以采用小型雙頻梳系統(tǒng)，并為所需的應(yīng)用獲得足夠好的測量數(shù)據(jù)。”