在光谱学的发展历程中，科学家始终追求更高的分辨率、更快的测量速度和更宽的光谱覆盖范围。近年来，双光梳光谱（Dual-Comb Spectroscopy,DCS）技术的兴起，为这一目标带来了突破性进展。它融合了激光频率梳的高精度与傅里叶变换光谱的高效性，被誉为“光谱测量领域的GPS”，正在化学分析、大气遥感、生物医学诊断和基础物理研究等多个前沿领域掀起一场光学革命。
双光梳光谱的核心基于两束重复频率略有差异的飞秒激光频率梳。每束光梳由一系列等间距、相位相干的窄线宽激光频率组成，形如“梳齿”。当这两束光梳同时通过待测样品并发生干涉时，高频光信号被“下变频”为射频范围内的拍频信号——这一过程称为“多外差检测”。通过高速光电探测器采集该信号，并进行傅里叶变换，即可在毫秒级时间内重建出样品的高分辨率吸收或色散光谱。 相较于传统光谱技术，双光梳光谱具有三大显著优势。其一，超高分辨率与精度：得益于频率梳的绝对频率标定能力，其光谱分辨率可达MHz量级，远超常规光谱仪；其二，超快测量速度：无需机械扫描，单次测量可在微秒至毫秒内完成，适用于动态过程监测，如燃烧反应、气体扩散或呼气分析；其三，宽光谱覆盖与高灵敏度：结合中红外或太赫兹波段的光梳，可探测分子“指纹区”的强吸收特征，实现ppb（十亿分之一）级痕量气体检测。
在实际应用中，双光梳光谱已展现出巨大潜力。在环境监测领域，它能同时识别大气中的CO₂、CH₄、N₂O等多种温室气体，并精确反演其浓度与同位素比值；在工业过程控制中，可用于实时监控化工反应器内组分变化；在生物医学方面，研究人员利用其对呼出气体中的丙酮、一氧化氮等生物标志物进行无创检测，辅助糖尿病或哮喘诊断。此外，在基础科学中，双光梳还被用于检验量子电动力学、测量基本物理常数等高精度实验。
尽管前景广阔，双光梳系统仍面临挑战。早期装置依赖复杂的锁模激光器和主动稳频系统，体积庞大、成本高昂。但近年来，随着芯片级光频梳、电光调制光梳及光纤集成技术的发展，小型化、低成本的双光梳设备正逐步走向实用化。2023年，已有研究团队开发出手掌大小的中红外双光梳模块，预示着该技术将从实验室走向现场部署。
双光梳光谱不仅是一项测量工具的革新，更代表了“时间—频率—光谱”多维信息融合的新范式。它以光的速度捕捉分子的“声音”，以梳齿的精度解读自然的语言。
