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進行星間測距，或測量冰川的微小位移，刻度固定、精度有限的尺子顯然無能為力，這時候光和聲音就派上了用場。近日，國防科技大學激光陀螺創(chuàng)新團隊羅暉教授、肖光宗副教授課題組聯(lián)合該校景輝教授團隊，在國際上首次造出聲子激光頻率梳，為水下聲學工程、生物醫(yī)學成像等聲學傳感應用提供了一把超級“聲尺”。相關(guān)成果近日在線發(fā)表于《科學進展》雜志。

“聲子激光頻率梳，相當于一把刻度又多又整齊的超級‘聲尺’。它兼具光子頻率梳（光頻梳）的高精度和聲子頻梳在液體、固體中傳播能力強的優(yōu)點?！绷_暉告訴科技日報記者。

相比于“聲尺”，能測量光的頻率“光尺”早已廣泛應用，這就是光頻梳。2005年，科學家約翰·霍爾、特奧多爾·漢斯憑借光頻梳在精密光譜學、原子鐘、超快物理等領(lǐng)域的重要應用，共同獲得了諾貝爾物理學獎。目前，光頻梳已經(jīng)為光通信、光譜檢測、光學測距、光頻鐘等諸多領(lǐng)域帶來革命性變化。但在固態(tài)、液態(tài)環(huán)境中，光頻梳卻顯得力不從心。近年來，科學家們提出了基于熱聲子產(chǎn)生的聲子頻梳，然而這種聲子頻梳中代表刻度的“梳齒”和“梳齒”之間并不具有相干性。

“這就像用一把刻度模糊、晃動的尺子去測量，精度會大打折扣?！绷_暉說，“產(chǎn)生相干的‘梳齒’是該領(lǐng)域一直難以克服的重要難題?！?/p>

聲子激光被視為是解決這一難題的突破口。景輝介紹，“聲子激光是一群‘步調(diào)完全一致’的聲子，是激光在力學領(lǐng)域的對應物，它可以克服聲子頻率梳中‘梳齒’不相干的問題。但長期以來，聲子激光頻率梳一直未能實現(xiàn)?！?/p>

2023年，該聯(lián)合團隊發(fā)表于《自然·物理學》的一項成果成功構(gòu)建了非線性聲子激光，為產(chǎn)生相干的聲子激光頻率梳提供了手段。但是，依舊需要克服“梳齒”數(shù)量少、“梳齒”間距難以調(diào)控等挑戰(zhàn)。進一步研究中，團隊將弗洛凱工程應用于非線性聲子激光中，通過引入周期性調(diào)制的弗洛凱泵浦信號，為多“梳齒”的產(chǎn)生與調(diào)控提供了手段，并實現(xiàn)了“梳齒”間距的靈活調(diào)節(jié)，成功實現(xiàn)了聲子激光頻率梳。令人振奮的是，這“把”聲子激光頻率梳，“梳齒”數(shù)量達到40余個，“梳齒”之間的相干性顯著增強。

“實際應用中，‘梳齒’的數(shù)量和調(diào)節(jié)范圍代表了聲子激光頻率梳的頻率分辨能力。因此，本研究成果具有更廣闊的應用場景?！本拜x說。

肖光宗表示，該成果有望應用于水下探測、生物醫(yī)學和量子計量等領(lǐng)域。