近期，中國科學院上海光學精密機械研究所陳衛標研究員和周佳琦研究員團隊，在雙光梳氣體光譜檢測技術領域取得重要突破。相關研究成果以“Mutual Coherence Enhanced Dual-Comb Spectroscopy By Raman Gain Modulation”為題，發表于Laser & Photonics Reviews。 
圖2：拉曼增益調制前后雙梳的互相干性對比，a-b: 調制后的拉曼雙梳；c-d: 調制前的自由運轉雙梳
大氣中溫室氣體高精度遙感探測對氣候變化研究至關重要。基于路徑差分吸收光譜檢測的激光雷達，上海光機所已經實現對單一溫室氣體的高精度星載遙感探測，但受到傳統雙波長激光器的帶寬限制，無法實現多組分氣體的同步探測。
雙光梳光譜氣體測量技術是解決多組分氣體分子高精度同步測量的前沿探測技術，具有寬光譜覆蓋、高光譜分辨率、高靈敏度、快速采集等優勢。該技術實用的核心挑戰在于提升雙光學頻率梳之間高度穩定的互相干性。常用雙梳互相干性恢復方法，如全鎖定雙光梳、后處理算法校正、單腔雙光梳等，普遍存在系統成本高、結構復雜、魯棒性不足以及復用性差等問題，難以在實際外場環境條件得到應用。
針對該瓶頸問題，研究團隊創新提出了一種基于拉曼增益調制的雙光梳光譜技術。該技術通過對單頻激光同時施加兩路拉曼增益調制，將原本互不相干的自由運轉雙光梳轉換為高功率、高互相干性的拉曼雙光梳，其實驗裝置如圖1所示。分別測量了拉曼增益調制前后雙光梳的干涉信號，結果表明該方法顯著提升了雙梳之間的互相干性，并實現了射頻梳齒的高精度分辨(圖2)。射頻梳齒線寬可壓縮至約mHz量級，相干時間延長至數十秒以上。研究團隊將該雙光梳系統成功應用于二氧化碳和甲烷氣體的吸收光譜測量，實現了高精度的氣體探測(圖3)，驗證了該技術在光譜傳感方面的實際應用潛力。
與傳統方法相比，本技術方案具有以下突出優勢：可實現全保偏光纖結構，具備低成本、低復雜度、結構緊湊及良好的環境穩定性，且無需依賴電學反饋鎖定或算法校正。該方案為雙光梳光譜技術從實驗室走向實際應用環境奠定重要基礎，并有望廣泛應用于大范圍雙光梳光譜遙感、星間雙光梳光譜掩星遙感等領域。
相關工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市自然科學基金等項目的支持。
圖1：基于拉曼增益調制的雙光梳系統實驗裝置
圖2：拉曼增益調制前后雙梳的互相干性對比，a-b: 調制后的拉曼雙梳；c-d: 調制前的自由運轉雙梳圖3：實現了二氧化碳與甲烷氣體的高精度吸收探測
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