中国科大实现百公里开放大气双光梳精密光谱测量

　　由中国迷信技能年夜学潘建伟、窦贤康、张强以及薛向辉传授等人构成的交织研究团队，经由过程成长年夜功率低噪声光梳，联合时间频次通报等量子紧密丈量技能，正在国际上初次完成百千米级的开缩小气双光梳光谱丈量。该技能可使用于监测年夜标准规模的地球年夜气温室气体（GHG）以及净化气体，还可以扩大到卫星以及高空之间的年夜气双光梳光谱丈量，用于寰球标准的温室气体监测以及准确校准。相干成果于9月12日正在线颁发于国际学术期刊《天然·光子学》上。

　　年夜气光谱学是研究年夜气化学以及物感性质的要害技能，经由过程探究光与年夜气中份子以及颗粒的彼此作用来研究年夜气问题，普遍使用于寰球天气变迁、碳估算评价以及空气净化研究等范畴。今朝年夜气光谱遥感所应用的光栅光谱仪、外差光谱幅度计以及傅里叶变换光谱仪（FTS）等技能可以或许以没有同的时间以及空间辨别率供给地球年夜气身分的光谱学数据。然而，这些技能存正在诸多限定，如无奈正在夜间举行丈量、无奈同时丈量多种组分等。

　　最近几年来，开缩小气双光梳光谱技能（Dual-Comb Spectroscopy）被证实是举行精确、持续、多气体丈量的抱负技能。双光梳光谱技能具备高收罗速率、溯源至原子钟级另外相对频次精度以及可以同时丈量多个组分等长处，正在油田监测、都会车辆排放、畜牧排放丈量以及温室气体监测等范畴有普遍使用。该技能没有受湍飘泊斑以及配景噪声的影响，正在道理上可以或许正在没有校准的环境下丈量更长的间隔，是以被以为是用于年夜气遥感的抱负紧密光谱东西。然而，以后国际上所能完成的最远的丈量间隔没有凌驾20千米，只能针对工场、牧场等小规模区域完成监测，而无奈使用于更年夜的区域，如年夜型都会、雨林等。

　　正在本事情中，研究团队开发了一种新的双基站开缩小气双光梳光谱丈量方案。相比于传统单基站方案，该方案无需正在丈量远端放置反射器，光只要要颠末待测路径一次便可实现丈量，从而极年夜地减小了链路损耗，是以更合用于远间隔、年夜标准的丈量。哄骗该方案，研究团队正在乌鲁木齐胜利丈量获得113千米程度开缩小气中水汽以及二氧化碳的强度谱以及相位谱，该间隔比国际上最远的丈量间隔高了约一个数目级。该事情立异性地交融了潘建伟、张强等后期成长的高精度自由空间时间频次通报技能[Nature 610, 661 (2022)]，频次精确度到达了10kHz，并经由过程自立研发的高精度反演算法，完成的二氧化碳反演精度正在36分钟内小于0.6ppm。

　　该事情使患上双光梳光谱可以或许丈量的年夜气间隔从十几千米晋升至一百多千米，扩展了该技能的使用规模。同时，体系可容忍最年夜损耗为83dB，与中高轨星地链路损耗至关，为完成将来的星地年夜气双梳光谱丈量奠基了松软根蒂根基。

　　该事情是量子信息迷信与地球迷信深度交织交融所取患上的重要结果，预示着基于光频梳的量子紧密丈量技能将正在地球迷信、深空探测、情况迷信以及油气行业等范畴获得普遍使用。

　　中国迷信技能年夜学博士生韩金剑、钟伟以及副研究员赵若灿是本论文的配合第一作者。该事情获得国度天然迷信基金委、科技部、中国迷信院、国度成长鼎新委、安徽省、上海市以及山东省相干名目的撑持。

图1：百千米开缩小气双光梳光谱丈量示用意

　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-024-01525-9