Broadband dual-comb spectroscopy (DCS) based on portable mode-locked fiber frequency combs is a powerful tool for in situ, calibration-free, multi-species spectroscopy. While the acquisition of a single spectrum with mode-locked DCS typically takes microseconds to milliseconds, the applications of these spectrometers have generally been limited to systems and processes with time changes on the order of seconds or minutes due to the need to average many spectra to reach a high signal-to-noise ratio (SNR). Here, we demonstrate high-speed, continuous, fiber mode-locked laser DCS with down to 11 μs time resolution. We achieve this by filtering the comb spectra using portable Fabry–Perot cavities to generate filtered combs with 1 GHz tooth spacing. The 1 GHz spacing increases the DCS acquisition speed and SNR for a given optical bandwidth while retaining a sufficient spacing to resolve absorption features over a wide range of conditions. We measure spectra of methane inside a rapid compression machine throughout the 16 ms compression cycle with 133 cm −1 bandwidth (4000 comb teeth) and 1.4 ms time resolution by spectrally filtering one of the combs. By filtering both combs, we measured a single-shot, 25 cm −1 (750 comb teeth) spectrum of CO around 6330 cm −1 in 11 μs. The technique enables simultaneously high-speed and high-resolution DCS measurements, and can be applied anywhere within the octave-spanning spectrum of robust and portable fiber mode-locked frequency combs.

中文翻译：

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11-μs 时间分辨、连续双梳光谱，带光谱滤波锁模频率梳

基于便携式锁模光纤频率梳的宽带双梳光谱 (DCS) 是用于原位、免校准、多物种光谱的强大工具。虽然使用锁模 DCS 采集单个光谱通常需要几微秒到几毫秒，但这些光谱仪的应用通常仅限于时间变化几秒或几分钟的系统和过程，因为需要将许多光谱平均到达到高信噪比 (SNR)。在这里，我们展示了具有低至 11 μs 时间分辨率的高速、连续、光纤锁模激光器 DCS。我们通过使用便携式 Fabry-Perot 腔过滤梳状光谱来生成具有 1 GHz 齿距的过滤梳来实现这一点。对于给定的光学带宽，1 GHz 间距提高了 DCS 采集速度和 SNR，同时保留了足够的间距以解决各种条件下的吸收特征。我们通过对其中一个梳子进行光谱滤波，在 16 ms 压缩周期内以 133 cm -1 带宽（4000 个梳齿）和 1.4 ms 时间分辨率测量快速压缩机内的甲烷光谱。通过过滤两个梳子，我们在 11 μs 内测量了约 6330 cm -1 的 CO 的单次发射、25 cm -1（750 个梳齿）光谱。该技术可以同时进行高速和高分辨率 DCS 测量，并且可以应用于稳健和便携式光纤锁模频率梳的倍频程范围内的任何地方。我们通过对其中一个梳子进行光谱滤波，在具有 133 cm -1 带宽（4000 个梳齿）和 1.4 ms 时间分辨率的整个 16 ms 压缩周期内测量快速压缩机内的甲烷光谱。通过对两个梳子进行过滤，我们在 11 μs 内测量了约 6330 cm -1 的 CO 的单次 25 cm -1（750 个梳齿）光谱。该技术可以同时进行高速和高分辨率 DCS 测量，并且可以应用于稳健和便携式光纤锁模频率梳的倍频程范围内的任何地方。我们通过对其中一个梳子进行光谱滤波，在具有 133 cm -1 带宽（4000 个梳齿）和 1.4 ms 时间分辨率的整个 16 ms 压缩周期内测量快速压缩机内的甲烷光谱。通过过滤两个梳子，我们在 11 μs 内测量了约 6330 cm -1 的 CO 的单次发射、25 cm -1（750 个梳齿）光谱。该技术可以同时进行高速和高分辨率 DCS 测量，并且可以应用于稳健和便携式光纤锁模频率梳的倍频程范围内的任何地方。