光频梳技术突破绝对距离测量精度极限

韩国标准科学研究院（KRISS）成功开发出接近量子物理学理论极限的长度测量系统。该系统在保持适合野外部署的紧凑坚固设计同时，实现了世界领先的测量精度，有望成为下一代长度计量的新基准。相关研究成果已发表于《激光与光子学评论》期刊。

当前最精确的长度测量工具是定义"一米"单位的国家长度基准。包括KRISS在内的各国顶级计量机构使用基于单波长激光的干涉仪进行超精密测量。单波长激光具有极均匀的波分布（如同刻度均匀的尺子），可实现纳米级（1~10纳米，即十亿分之一米）测量精度。

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基于光频梳干涉测量的绝对距离测量系统示意图

但这类基准装置存在测量范围局限：由于单波长激光光谱带宽极窄（相当于刻度精细但尺身短小），超出激光波长范围的距离需通过多次重复测量拼接，导致总测量时间大幅增加，且依赖精密机械系统稳定移动干涉仪，存在显著的时间与空间约束。

相比之下，绝对距离测量系统虽精度较低，却能单次完成长距离测量。这类系统通过测量光脉冲从参考点到目标的往返时间计算距离，结构简单可小型化，适用于快速远程测量，在工业领域应用广泛。但受限于现有技术，传统绝对距离测量系统精度仅达微米级——要实现超精细的光飞行时间（ToF）分辨率仍具挑战性。

KRISS长度维度计量研究组通过采用光频梳（OFC）干涉仪，成功将绝对距离测量精度提升至国家长度基准水平。团队创新性地将光频梳集成至光谱干涉绝对距离测量系统中。光频梳是由数千条离散等距谱线组成的光谱（类似钢琴琴键排列），兼具宽光谱带宽与精确波长间距，能同步实现长距离高精度测量。

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基于光频梳的绝对距离测量系统的测量原理

这项基于光频梳光谱干涉的绝对距离测量系统，既具备国家长度基准的精度，又保留了绝对测量系统的便捷性。其测量精度达0.34纳米，逼近量子物理学定义的量子极限精度，是目前全球最精确的技术之一。系统以25微秒的测量速度高速稳定运行，适合野外部署，将为高科技产业精密计量带来重大突破。

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研究人员正在检查电光调制光频率梳激光器

研究团队计划通过评估测量不确定度和优化性能，推动该系统成为下一代国家长度基准。KRISS资深研究员Jang Yoon-Soo博士强调："AI半导体、量子技术等未来产业的竞争力取决于纳米级距离的精确测控。这一成果标志着韩国在建立下一代长度标准领域迈出关键一步。"

相关链接：https://dx.doi.org/10.1002/lpor.202401995