據麥姆斯咨詢報道，近期，美國國家標準技術研究所（NIST）的科研團隊在其現有的光子溫度計（photonic thermometers）研究的基礎上，開發出一種加速光子溫度計進行溫度測量的方法。這一改進可以允許設計并行工作的多個光子探針，從而使其能夠用于復雜過程的研究并同時測量許多物理特性。

NIST開發的光子溫度計依賴于熱量改變微型光子諧振器（例如環形諧振器和光子晶體腔）的尺寸和熱光特性的方式，從而創建一種光學濾波器，利用其光譜特性可以測量溫度。根據NIST的說法，光子傳感計可能與用于測量應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構中，以幫助監測結構的行為。

但是，光子溫度計面臨的一個挑戰是如何有效地進行詢問，即輸入光子并盡快檢測溫度后輸出。傳統的方法使用激光源產生離散輸入波長，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用來說，溫度測量速度尤其關鍵，例如在癌癥治療期間對細胞進行一定劑量的放射治療時。

《光學快報（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溫室氣體的探測，并由NIST于2021年在其博爾德（Boulder）區域進行部署應用，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。光子溫度計所經歷的溫度變化會導致射頻輸出的變化。

“這就是雙頻梳方法的優勢。”NIST的Adam Fleisher評論道，“它將所有光學信息壓縮到射頻區域，這樣更容易讀出。”

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

“我們使用定點池，因為我們希望溫度穩定性不成為該實驗的限制因素。”NIST的Tobias Herman說，“如果有東西產生干擾或發出噪聲，我們就可以排除溫度浴作為源頭的可能性。”

通過這種設置，他們能夠測量千分之一開爾文以內的溫度，研究人員表示這對于大多數工業應用來說已經足夠了。

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