近代以来，光谱学中唯一有效的光源是放电灯、染料激光器和光参量振荡器。超连续谱激光器、传感器等离子体源和发光二极管是目前可用的新型宽带光源的几个例子。本文探讨了这些光源在光谱学应用方面的潜力。
由于光谱系统依赖于光源，新型宽带光源为光谱学家带来了新的前景。在上个世纪的大部分时间里，只有有限的宽带光源可供使用。
然而，新一代强大的宽带光源正在逐渐取代光谱学家的工具箱。超辐射发光二极管（也称为SLED）现已在光谱应用中取代了超连续谱激光器、激光驱动的等离子源以及其他激光驱动的设备。
一批相对较坚固的新型光源正在光谱学家的工具箱中占据一席之地。光谱应用包括超连续谱激光器、激光驱动的等离子源以及各种颜色的高亮度LED。让我们快速讨论一下它们。
用于光谱学的超连续激光器
当激光脉冲的频谱通过一个或多个非线性过程展宽时，就会产生超连续谱。当空间过程导致电子束的频率范围扩展时，也会发生这种现象，从而产生超连续谱。超连续谱形成背后的机制非常复杂，并且会根据发生该过程的介质而变化。
例如，在光纤中，受激拉曼散射和孤子效应的相互作用使得能够使用光谱范围较宽的泵浦光束在泵浦光束的红光中产生超连续谱。这些非线性过程有助于拓宽光谱，从而实现更广泛的光谱应用。
这些宽带光源虽然与传统激光器不同，但与宽带灯制成的激光器有相似之处。它们的功能被应用于多种先进的光谱技术，例如创新的光学相干断层扫描技术、可见光腔增强光谱技术和中红外吸收光谱装置。这些应用凸显了超连续谱激光器在科学研究中的多功能性。
超连续谱光源的关键特性在于其单模光束质量、类似激光的瞄准稳定性以及高亮度。这些特性使其在光谱学中具有极高的价值，其输出类似于激光宽带光，但精度和控制性更高。
用于光谱学的激光驱动光源
尽管激光等离子体历来被用作光谱学的宽带光源，但由于其不稳定性或输出功率较弱，它们常常被认为不适合用于分析光谱学。然而，最近的进展提高了它们的性能，使其更适用于各种光谱应用。
这些激光驱动的宽带光源增强了从近红外到紫外波长范围内的光谱分析。正如参考研究预测的那样，报告显示光谱性能显著提升，尤其是在紫外光谱方面。例如，紫外显微镜技术的进步现在可以定量分析生物分子的光谱，其中紫外波长有助于实现亚细胞空间分辨率。这使科学家能够在分子水平上更深入地了解生物结构。
Energetic 公司生产这些光源的方法是将连续波 (CW) 激光聚焦在充满惰性气体（例如氙气）的灯泡内。这种装置与传统灯泡不同，因为传统灯泡中的电极充当散热器，有助于维持灯泡的温度。然而，这些电极会随着时间的推移而退化，导致电接触点喷溅到灯泡表面，从而需要频繁更换灯泡。这种设计改进缓解了旧系统常见的局限性。
这些专用宽带光源也对近红外至紫外光谱范围的光谱学做出了重大贡献。例如，散射型扫描近场光学显微镜 (s-SNOM) 常用于研究化学成分和纳米级光子现象。利用红外光，它可实现比衍射极限低几个数量级的空间分辨率。然而，正如 Wagner 及其同事在最近的研究中指出的那样，s-SNOM 的使用一直受到缺乏经济实惠的宽带红外光源的限制，而激光驱动光源正开始着手解决这一挑战。
用于光谱学的超辐射发光二极管
超辐射发光二极管（SLED）是最新的宽带光源，最近才开始应用于宽光谱范围。SLED 带来了显著的进步，尤其是在光谱学领域，但它们在不同应用中也面临着独特的挑战。例如，在商用 LED 照明中，主要的挑战是如何实现高功率、高效率且色彩组合美观的 LED。
然而，在光谱学中，关注点有所不同。人们更倾向于使用具有高光谱纯度、可重复性和稳定性的可调光源，而非赏心悦目的色彩组合。LED 在光谱学中面临的关键挑战之一是其性能随温度的变化。在精确测量中，在不同温度下保持光谱稳定性和强度尤为重要。一个特殊的难题是如何获取对环境影响重大的气体分子的电子跃迁，尤其是在使用紫外光源的情况下。这是因为许多气体分子的跃迁都位于紫外光谱内，因此拥有稳定、可调的紫外光源至关重要。
除了SLED之外，传统的宽带光源，例如常规等离子体、硅棒，甚至太阳光，也已广泛应用于光谱学。然而，如今更新的高亮度光源正在拓展光谱学应用的可能性。这些应用涵盖从显微镜到气体传感，从工业测量到生物研究，提供了前所未有的精度和灵活性。随着这些现代宽带光源越来越普及，它们正在推动各行各业的创新。
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