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行業(yè)資訊

中國(guó)科大實(shí)現(xiàn)百公里開(kāi)放大氣雙光梳精密光譜測(cè)量

發(fā)布時(shí)間:2024/09/20

  大氣光譜學(xué)是研究大氣化學(xué)和物理性質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù),通過(guò)探討光與大氣中分子和顆粒的相互作用來(lái)揭示大氣問(wèn)題。

  然而,傳統(tǒng)的大氣光譜遙感技術(shù),如光柵光譜儀、外差光譜幅度計(jì)和傅里葉變換光譜儀等,雖能在不同時(shí)間和空間分辨率下提供地球大氣成分的光譜學(xué)數(shù)據(jù),但存在諸多限制,如無(wú)法在夜間進(jìn)行測(cè)量、無(wú)法同時(shí)測(cè)量多種組分等。

  雙光梳光譜技術(shù)(Dual-Comb Spectroscopy, DCS)作為一種新興技術(shù),以其高采集速度、溯源至原子鐘級(jí)別的*頻率精度和能夠同時(shí)測(cè)量多個(gè)組分的優(yōu)勢(shì),近年來(lái)在大氣監(jiān)測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。然而,以往的DCS研究多局限于較短的開(kāi)放大氣路徑內(nèi),限制了其在更廣闊范圍的應(yīng)用。

  中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、竇賢康、張強(qiáng)和薛向輝等組成的交叉研究團(tuán)隊(duì),通過(guò)發(fā)展大功率低噪聲光梳,結(jié)合時(shí)間頻率傳遞等量子精密測(cè)量技術(shù),在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)百公里級(jí)的開(kāi)放大氣雙光梳光譜測(cè)量(Dual-Comb Spectroscopy over a 100 km open-air path)。這一技術(shù)可應(yīng)用于監(jiān)測(cè)大尺度范圍的地球大氣溫室氣體和污染氣體,并可以擴(kuò)展到衛(wèi)星和地面之間的大氣雙光梳光譜測(cè)量,用于全球尺度的溫室氣體監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確校準(zhǔn)。

  研究團(tuán)隊(duì),開(kāi)發(fā)了一種新穎的雙基站開(kāi)放大氣雙光梳光譜測(cè)量方案。該方案采用雙靜態(tài)配置,部署了兩個(gè)高功率光頻梳于兩個(gè)遠(yuǎn)端終端,通過(guò)大氣傳輸并在接收終端相互干涉,實(shí)現(xiàn)了在113公里水平開(kāi)放大氣路徑上的DCS測(cè)量。

  這一距離比國(guó)際上最遠(yuǎn)的測(cè)量距離高了約一個(gè)數(shù)量級(jí),創(chuàng)下了新的世界紀(jì)錄。

  利用該方案,科研人員在烏魯木齊測(cè)量得到113公里水平開(kāi)放大氣中水汽和二氧化碳的強(qiáng)度譜與相位譜。

  這一距離比國(guó)際上最遠(yuǎn)的測(cè)量距離高了約一個(gè)數(shù)量級(jí)。該工作創(chuàng)新性地融合了潘建偉、張強(qiáng)等前期發(fā)展的高精度自由空間時(shí)間頻率傳遞技術(shù)且頻率準(zhǔn)確度達(dá)到10kHz,并運(yùn)用自主研發(fā)的高精度反演算法,使二氧化碳反演精度在36分鐘內(nèi)小于0.6ppm。

  上述研究是量子信息科學(xué)與地球科學(xué)深度交叉融合取得的成果。這一里程碑式的成就不僅標(biāo)志著大氣光譜測(cè)量技術(shù)的重大突破,也為全球氣候變化研究、碳預(yù)算評(píng)估和空氣污染監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域提供了新的強(qiáng)大工具。

  相關(guān)研究成果Dual-comb spectroscopy over a 100 km open-air path于近日在線發(fā)表在《自然-光子學(xué)》(Nature?Photonics)上。

  本文由恒溫恒濕試驗(yàn)箱廠家偉思實(shí)驗(yàn)儀器收集整理自網(wǎng)絡(luò),僅供學(xué)習(xí)和參考!


  大氣光譜學(xué)是研究大氣化學(xué)和物理性質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù),通過(guò)探討光與大氣中分子和顆粒的相互作用來(lái)揭示大氣問(wèn)題。

  然而,傳統(tǒng)的大氣光譜遙感技術(shù),如光柵光譜儀、外差光譜幅度計(jì)和傅里葉變換光譜儀等,雖能在不同時(shí)間和空間分辨率下提供地球大氣成分的光譜學(xué)數(shù)據(jù),但存在諸多限制,如無(wú)法在夜間進(jìn)行測(cè)量、無(wú)法同時(shí)測(cè)量多種組分等。

  雙光梳光譜技術(shù)(Dual-Comb Spectroscopy, DCS)作為一種新興技術(shù),以其高采集速度、溯源至原子鐘級(jí)別的*頻率精度和能夠同時(shí)測(cè)量多個(gè)組分的優(yōu)勢(shì),近年來(lái)在大氣監(jiān)測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。然而,以往的DCS研究多局限于較短的開(kāi)放大氣路徑內(nèi),限制了其在更廣闊范圍的應(yīng)用。

  中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、竇賢康、張強(qiáng)和薛向輝等組成的交叉研究團(tuán)隊(duì),通過(guò)發(fā)展大功率低噪聲光梳,結(jié)合時(shí)間頻率傳遞等量子精密測(cè)量技術(shù),在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)百公里級(jí)的開(kāi)放大氣雙光梳光譜測(cè)量(Dual-Comb Spectroscopy over a 100 km open-air path)。這一技術(shù)可應(yīng)用于監(jiān)測(cè)大尺度范圍的地球大氣溫室氣體和污染氣體,并可以擴(kuò)展到衛(wèi)星和地面之間的大氣雙光梳光譜測(cè)量,用于全球尺度的溫室氣體監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確校準(zhǔn)。

  研究團(tuán)隊(duì),開(kāi)發(fā)了一種新穎的雙基站開(kāi)放大氣雙光梳光譜測(cè)量方案。該方案采用雙靜態(tài)配置,部署了兩個(gè)高功率光頻梳于兩個(gè)遠(yuǎn)端終端,通過(guò)大氣傳輸并在接收終端相互干涉,實(shí)現(xiàn)了在113公里水平開(kāi)放大氣路徑上的DCS測(cè)量。

  這一距離比國(guó)際上最遠(yuǎn)的測(cè)量距離高了約一個(gè)數(shù)量級(jí),創(chuàng)下了新的世界紀(jì)錄。

  利用該方案,科研人員在烏魯木齊測(cè)量得到113公里水平開(kāi)放大氣中水汽和二氧化碳的強(qiáng)度譜與相位譜。

  這一距離比國(guó)際上最遠(yuǎn)的測(cè)量距離高了約一個(gè)數(shù)量級(jí)。該工作創(chuàng)新性地融合了潘建偉、張強(qiáng)等前期發(fā)展的高精度自由空間時(shí)間頻率傳遞技術(shù)且頻率準(zhǔn)確度達(dá)到10kHz,并運(yùn)用自主研發(fā)的高精度反演算法,使二氧化碳反演精度在36分鐘內(nèi)小于0.6ppm。

  上述研究是量子信息科學(xué)與地球科學(xué)深度交叉融合取得的成果。這一里程碑式的成就不僅標(biāo)志著大氣光譜測(cè)量技術(shù)的重大突破,也為全球氣候變化研究、碳預(yù)算評(píng)估和空氣污染監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域提供了新的強(qiáng)大工具。

  相關(guān)研究成果Dual-comb spectroscopy over a 100 km open-air path于近日在線發(fā)表在《自然-光子學(xué)》(Nature?Photonics)上。

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