我国学者首次造出超级“声尺”

xinwen.mobi · 发表于 2025-9-26 02:17:25

2025年9月，国防科技大学罗晖教授、肖光宗副教授课题组联合景辉教授团队在国际上首次成功研制出声子激光频率梳，这把超级“声尺”的诞生，标志着我国在声学精密测量领域实现重大突破，相关成果已发表于国际权威期刊《科学进展》。技术突破：从“模糊尺”到“精准尺”的跨越要理解这把“声尺”的革命性，需先看清声学测量领域的长期困境：传统声子频梳的局限：此前科学家基于热声子研制的声子频梳，“梳齿”（频率分量）缺乏相位相干性，如同刻度模糊、不停晃动的尺子，测量精度受限。光频梳的短板：2005年获诺贝尔物理学奖的光频梳虽精度极高，但在水、固体等介质中传播时衰减严重，无法满足水下探测等需求。国防科大团队的创新在于引入弗洛凯工程，通过周期性调制泵浦信号，让声子激光形成“步调一致”的相干梳齿：1. 技术原理：将弗洛凯工程比作“声波节拍器”，通过周期性扰动非线性声子激光系统，诱导出更多频率分量；2. 关键突破：最终实现40余个相干梳齿（后续通过其他原理拓展至7000余个，超一般光频梳），且梳齿间距可灵活调节，兼具光频梳的高精度和声子频梳在介质中强传播能力的双重优势。应用场景：开启多领域精度革命这把“声尺”的精度达到百纳米级，较传统声呐（几十微米）提升两个量级，未来将重塑三大领域：水下探测：可实时监测海沟微小地质变动（如每分钟几十纳米的位移）、冰川移动，为地质灾害预警提供数据；同时能清晰识别潜艇微小部件、水下机器人精细操作，突破传统声呐的探测局限。生物医学成像：现有B超受单一频率限制，分辨率仅微米级，且易受噪声干扰；声子激光频率梳通过40余个频率分量“同步测量”，可剔除噪声，将成像分辨率提升至纳米级，有望发展出“纳米级B超”，实现细胞内部结构观测，助力癌症早期诊断。量子计量：光频梳无法覆盖低频段，而该“声尺”可实现几赫兹到几十兆赫兹的频率覆盖，若与光频梳的高频段衔接，将构建“全频段标尺”，为精密机械制造、量子计量提供更全面的校准方案。科研价值：引领声学技术新方向该成果不仅填补了声子激光频率梳的国际技术空白，还为后续研究提供新思路：理论意义：构建了高性能声子激光频率梳的新范式，为离子系统、光子晶体系统等声学平台提供参考；产业潜力：其高精度、可编程特性，未来还可应用于高分辨率声学传感、片上频谱操作等前沿领域，推动声学技术从“粗略观测”向“精准调控”升级。

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