我国科大完结百公里敞开大气双光梳精细光谱丈量
我国科大团队初次完结百公里级大气双光梳光谱丈量,技能可用于全球温室气体监测,扩展至卫星和地上丈量,增强地球大气成分研讨才能。
我国科学技能大学潘建伟、窦贤康、张强和薛向辉等组成的穿插研讨团队,通过开展大功率低噪声光梳,结合时刻频率传递等量子精细丈量技能,在国际上初次完结百公里级的敞开大气双光梳光谱丈量。这一技能可使用于监测大标准规模的地球大气温室气体和污染气体,并可以扩展到卫星和地上之间的大气双光梳光谱丈量,用于全球标准的温室气体监测和精确校准。9月12日,相关研讨效果在线宣布在《天然-光子学》(
)上。大气光谱学是研讨大气化学和物理性质的关键技能,通过探讨光与大气中分子和颗粒的相互作用来研讨大气问题,大规模的使用于全球气候均匀状况随时刻的改变、碳预算评价和空气污染研讨等范畴。现在,大气光谱遥感运用的光栅光谱仪、外差光谱起伏计和傅里叶变换光谱仪等技能可以以不同的时刻和空间分辩率供给地球大气成分的光谱学数据。但是,这些技能存在较多约束,如无法在夜间做丈量、无法一起丈量多种组分等。
近年来,敞开大气双光梳光谱技能被证明是做精确、接连、多气体丈量的抱负技能。双光梳光谱技能具有高收集速度、溯源至原子钟等级的肯定频率精度和可以一起丈量多个组分等长处,在油田监测、城市车辆排放、畜牧排放丈量和温室气体监测等范畴使用广泛。该技能不受湍流散斑和背景噪声的影响,在原理上可以在不校准的情况下丈量更长的间隔,被认为是用于大气遥感的抱负精细光谱东西。当时,国际上可以在必定程度上完结的最远的丈量间隔不超越20公里,只可针对工厂、草场等小规模区域完结监测,无法使用于更大的区域如大型城市、雨林等。
该团队开发出新的双基站敞开大气双光梳光谱丈量方案。比较于传统单基站方案,该方案无需在丈量远端放置反射器,光只需要通过待测途径一次就可以完结丈量,然后减小了链路损耗,更适用于远间隔、大标准的丈量。使用该方案,科研人员在乌鲁木齐丈量得到113公里水平敞开大气中水汽和二氧化碳的强度谱与相位谱。这一间隔比国际上最远的丈量间隔高了约一个数量级。该作业立异性地交融了潘建伟、张强等前期开展的高精度自由空间时刻频率传递技能且频率精确度到达10kHz,并运用自主研制的高精度反演算法,使二氧化碳反演精度在36分钟内小于0.6ppm。
该研讨使得双光梳光谱可以丈量的大气间隔从十几公里提升至一百多公里,扩展了这一技能的使用场景规模。一起,体系可容忍最大损耗为83dB,与中高轨星地链路损耗适当,为完结未来的星地大气双梳光谱丈量奠定了根底。
上述研讨是量子信息科学与地球科学深度穿插交融获得的效果,根据光频梳的量子精细丈量技能有望在地球科学、深空勘探、环境科学和油气职业等范畴得到使用。
研讨作业得到国家开展和变革委员会、国家天然科学基金委员会、科学技能部、我国科学院、上海市、安徽省和山东省的支撑。
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