我國科研團隊研發出百公里級開放大氣雙光梳光譜測量技術
中國科學技術大學:研究團隊,在國際上首次實現百公里級的開放大氣雙光梳光譜測量。該技術可應用于監測大尺度范圍的地球大氣溫室氣體和污染氣體,還可以擴展到衛星和地面之間的大氣雙光梳光譜測量,用于全球尺度的溫室氣體監測和精確校準。
大氣光譜學是研究大氣化學和物理性質的關鍵技術。目前大氣光譜遙感使用的光柵光譜儀、外差光譜幅度計和傅里葉變換光譜儀等技術存在無法在夜間進行測量、無法同時測量多種組分等限制,而開放大氣雙光梳光譜技術(Dual-Comb Spectroscopy)不受湍流散斑和背景噪聲的影響,在原理上能夠在不校準的情況下測量更長的距離,被認為是用于大氣遙感的理想精密光譜工具。然而,當前國際上所能實現的最遠的測量距離不超過20 km,且只能針對工廠、牧場等小范圍區域實現監測,無法應用于大型城市、雨林等大范圍區域。
針對這一問題,研究團隊創新性地融合了高精度自由空間時間頻率傳遞技術,設計了一種新的雙基站開放大氣雙光梳光譜測量方案。相比于傳統單基站,該方案無需在測量遠端放置反射器,光只需要經過待測路徑一次即可完成測量,極大地減小了鏈路損耗,因此更適用于遠距離、大尺度的測量。并且,研究團隊將該方案應用于烏魯木齊,成功測量得到113公里水平開放大氣中水汽和二氧化碳的強度譜和相位譜,該距離比國際上最遠的測量距離高了約一個數量級。這一技術的引入,無疑將助力大氣監測網的建立,形成更為高效的環境監測體系。
這項技術不僅是光學測量技術的一次重大提升,也是我國在這一高技術領域走向國際舞臺的重要一步。越來越多的科研機構開始關注雙光梳技術在其他領域的潛在應用,比如醫藥檢測、食品安全檢測等,其在商業化應用的前景值得期待。
展望未來,隨著技術的逐步成熟和應用范圍的擴大,雙光梳技術可能會在越來越多的領域發揮作用。在氣候變化日益嚴峻、環境問題亟待解決的今天,利用如此先進的技術開展環境監測,無疑將為我們應對這些挑戰提供有力的支持。
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