发表在光学学会(OSA)杂志上光学信，研究人员报告了他们扩展幽灵成像技术的方法，以产生非常有效的光谱测量，揭示气体分子的化学组成信息。他们通过使用超连续光源的鬼影成像来捕获通过样品传输的波长相关光，并证明该技术可以以亚纳米分辨率测量温室气体甲烷的光谱特征。

来自坦佩雷理工大学的研究小组成员Caroline Amiot说:“监测大气中的温室气体，如甲烷、二氧化碳、一氧化二氮和臭氧，对于评估这些气体水平的变化与气候变化的关系非常重要。”“在某些特定情况下，我们的方法可以更灵敏地检测温室气体，提供有关这些重要化合物的更准确信息。”

鬼影成像是通过将两束光的强度相互关联来产生图像的，这两束光单独拍摄时并不携带任何关于物体形状的有意义的信息，而是允许对其属性进行间接推断。这种方法可以消除与恶劣环境下典型成像系统相关的一些失真，并已用于创建物理对象的高分辨率图像，最近还用于在皮秒时间尺度上恢复混乱的超快信号。

气体分子通常是稀疏的，因此只会对总透光率产生很小的改变。这意味着通常需要强大的光源或极其灵敏的探测器来探测它们。

Amiot说:“因为我们的技术是通过检测包含多个波长的集成信号来工作的，而不是像传统的光谱学方法那样只有一个波长，所以它可以使用较弱的光源和无法使用高灵敏度探测器的波长进行测量。”

光谱鬼影成像通过将光束的两条臂相关联，“鬼影成像”创建了一个光谱图像，该图像可以包含物体的透射或反射光谱:一条臂编码作为探测参考的随机模式，另一条臂照亮样本。新的幽灵成像方法使用超连续光源，它发出的脉冲每个包含许多波长的光。研究人员利用与连续脉冲相关的光谱之间发生的随机波动来创建执行光谱鬼影成像所需的参考。

然后用无光谱分辨率的快速检测器检测穿过样品的光，该检测器为所考虑的光谱带宽的所有波长提供集成信号。图像开始看起来像一个嘈杂的斑点，但一旦它与参考光谱波动相关，光谱图像就开始出现。

Amiot说:“不需要通过样品发送大量的光，就可以重建光谱图像。”“例如，这对光敏样品非常有益。”

产生更强的信号

传统上，测量大气中的气体需要向大气中发射高功率激光，在那里激光会与气体相互作用。Amiot说:“为了测量存在的气体和数量，必须将返回的非常微弱的光信号进一步分成不同的波长进行检测。”“当信号非常微弱时，这可能会有问题。我们的方法可以检测所有混合在一起的波长，产生更强的信号，从而实现更灵敏的测量。”

研究人员通过生成甲烷的光谱图像来测试他们的技术。鬼影成像测量完美地再现了一系列离散的吸收线，这些吸收线是甲烷的指纹，并且与研究人员进行比较的更传统的直接光谱测量相匹配。

研究人员现在正致力于使用预编程光源来控制光谱波动，这样就不需要测量参考光谱模式了。他们还致力于利用光学相干断层扫描装置的光谱域幽灵成像，这可以在不使用破坏性光量的情况下从组织或其他生物样本中获得敏感信息。