记者14日从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟、窦贤康、张强和薛向辉教授等人组成的交叉研究团队，在国际上首次实现百公里级的开放大气双光梳光谱测量。该技术可应用于监测大尺度范围的地球大气温室气体和污染气体，还可以扩展到卫星和地面之间的大气双光梳光谱测量，用于全球尺度的温室气体监测和精确校准。研究成果日前在线发表于国际学术期刊《自然·光子学》。
近年来，开放大气双光梳光谱技术被证明是进行准确、连续、多气体测量的理想技术，被认为是用于大气遥感的理想精密光谱工具。然而，当前国际上所能实现的最远的测量距离不超过20公里，只能针对工厂、牧场等小范围区域实现监测，而无法应用于更大的区域，如大型城市、雨林等。
研究团队开发了一种新的双基站开放大气双光梳光谱测量方案。相比于传统单基站方案，该方案无须在测量远端放置反射器，光只需要经过待测路径一次即可完成测量，从而极大地减小了链路损耗，因此更适用于远距离、大尺度的测量。利用该方案，研究团队在乌鲁木齐成功测量得到113公里水平开放大气中水汽和二氧化碳的强度谱和相位谱，该距离比国际上最远的测量距离高了约一个数量级，频率准确度达到了10千赫兹，并通过自主研发的高精度反演算法，实现二氧化碳反演精度在36分钟内小于0.6ppm。这项研究使得双光梳光谱能够测量的大气距离从十几公里提升至100多公里，扩大了该技术的应用范围。同时，系统可容忍最大损耗为83分贝，与中高轨星地链路损耗相当，为实现未来的星地大气双梳光谱测量奠定了坚实基础。
研究人员表示，该工作是量子信息科学与地球科学深度交叉融合取得的重要成果，预示着基于光频梳的量子精密测量技术将在地球科学、深空探测、环境科学和油气行业等领域得到广泛应用。
