我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)出百公里級(jí)開(kāi)放大氣雙光梳光譜測(cè)量技術(shù)
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué):研究團(tuán)隊(duì),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。該技術(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,還可以擴(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)和精確校準(zhǔn)。
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)。目前大氣光譜遙感使用的光柵光譜儀、外差光譜幅度計(jì)和傅里葉變換光譜儀等技術(shù)存在無(wú)法在夜間進(jìn)行測(cè)量、無(wú)法同時(shí)測(cè)量多種組分等限制,而開(kāi)放大氣雙光梳光譜技術(shù)(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(zhǔn)的情況下測(cè)量更長(zhǎng)的距離,被認(rèn)為是用于大氣遙感的理想精密光譜工具。然而,當(dāng)前國(guó)際上所能實(shí)現(xiàn)的最遠(yuǎn)的測(cè)量距離不超過(guò)20 km,且只能針對(duì)工廠、牧場(chǎng)等小范圍區(qū)域?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè),無(wú)法應(yīng)用于大型城市、雨林等大范圍區(qū)域。
針對(duì)這一問(wèn)題,研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地融合了高精度自由空間時(shí)間頻率傳遞技術(shù),設(shè)計(jì)了一種新的雙基站開(kāi)放大氣雙光梳光譜測(cè)量方案。相比于傳統(tǒng)單基站,該方案無(wú)需在測(cè)量遠(yuǎn)端放置反射器,光只需要經(jīng)過(guò)待測(cè)路徑一次即可完成測(cè)量,極大地減小了鏈路損耗,因此更適用于遠(yuǎn)距離、大尺度的測(cè)量。并且,研究團(tuán)隊(duì)將該方案應(yīng)用于烏魯木齊,成功測(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)度譜和相位譜,該距離比國(guó)際上最遠(yuǎn)的測(cè)量距離高了約一個(gè)數(shù)量級(jí)。這一技術(shù)的引入,無(wú)疑將助力大氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建立,形成更為高效的環(huán)境監(jiān)測(cè)體系。
這項(xiàng)技術(shù)不僅是光學(xué)測(cè)量技術(shù)的一次重大提升,也是我國(guó)在這一高技術(shù)領(lǐng)域走向國(guó)際舞臺(tái)的重要一步。越來(lái)越多的科研機(jī)構(gòu)開(kāi)始關(guān)注雙光梳技術(shù)在其他領(lǐng)域的潛在應(yīng)用,比如醫(yī)藥檢測(cè)、食品安全檢測(cè)等,其在商業(yè)化應(yīng)用的前景值得期待。
展望未來(lái),隨著技術(shù)的逐步成熟和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,雙光梳技術(shù)可能會(huì)在越來(lái)越多的領(lǐng)域發(fā)揮作用。在氣候變化日益嚴(yán)峻、環(huán)境問(wèn)題亟待解決的今天,利用如此先進(jìn)的技術(shù)開(kāi)展環(huán)境監(jiān)測(cè),無(wú)疑將為我們應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)提供有力的支持。
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