2025 年 9 月，一则来自国防科技大学的科研消息引发全球科技界关注 —— 由罗晖教授、肖光宗副教授课题组联合景辉教授团队组成的科研团队，在国际上首次成功研制出声子激光频率梳。这一突破性成果不仅在线发表于国际顶级学术期刊《科学进展》，更意味着我国在声学精密测量领域掌握了核心技术，为水下声学探测、生物医学成像等关键应用领域，打造出一把精度远超以往的超级 “声尺”。
从 “光尺” 到 “声尺”：跨越介质的测量革命
提及 “尺子”，人们或许会想到日常生活中用于测量长度的工具，但在精密科学领域，“尺子” 的概念早已突破物理形态的限制。2005 年，科学家约翰・霍尔和特奥多尔・汉斯因发明 “光频梳” 技术荣获诺贝尔物理学奖，这一被称为 “光尺” 的技术，凭借其超高的频率稳定性和精度，彻底改变了光学测量领域的格局。如今，光频梳已广泛应用于光通信、光学原子钟、精密光谱分析等领域，成为现代光学技术的 “基石” 之一。
然而，“光尺” 并非万能。在固态、液态等介质中，光的传播会受到严重阻碍 —— 光线在水中的衰减速度极快，无法实现远距离探测；在生物组织中，光的散射更是让高分辨率成像变得困难重重。这一局限性，使得在水下探测、生物医学成像等依赖液态或固态介质的领域，“光尺” 难以发挥作用。此时，研发一把能够在复杂介质中精准 “丈量” 的 “声尺”，成为全球科研人员的共同目标。
声学技术的优势在此刻凸显 —— 声波在水中的传播距离可达数千米，在生物组织中的穿透性也远超光线，是水下探测和生物医学成像的理想选择。但长期以来，声学测量领域始终面临一个关键难题：缺乏类似光频梳的高精度频率标准。此前，研究人员虽已尝试开发基于热声子的声子频梳，但由于 “梳齿” 之间缺乏相干性，测量精度大打折扣。“这就像使用一把刻度模糊、不停晃动的尺子，即便努力校准，也难以得到精确的测量结果。” 罗晖教授在接受采访时，形象地描述了传统声子频梳的局限性。
相干性，成为制约 “声尺” 精度的核心瓶颈。而声子激光的出现，为突破这一瓶颈带来了希望。作为力学领域的 “激光”，声子激光能够产生高度一致、相位稳定的相干声子，这一特性恰好为构建相干声子频梳提供了基础。但理论可行与实际实现之间，隔着巨大的技术鸿沟 —— 如何利用声子激光生成多 “梳齿”、可调控的频率梳，成为全球声学领域多年来未能攻克的难题。
八年攻关：从理论奠基到技术突破
国防科技大学的这支联合科研团队，与 “声子激光” 的缘分始于 2017 年。彼时，罗晖教授团队就已开始关注声子激光在精密测量领域的应用潜力。“当时我们发现，声子激光的相干性是解决声子频梳精度问题的关键，但要将其转化为实用的频率梳，还需要突破一系列技术难关。” 肖光宗副教授回忆道。
团队的科研之路并非一帆风顺。最初，他们尝试基于线性调控原理构建声子频梳，但始终无法生成足够数量的 “梳齿”，且 “梳齿” 间距难以调节，无法满足实际应用需求。“最困难的时候，我们连续几个月没有取得突破性进展，甚至开始怀疑此前的理论假设。” 景辉教授坦言，那段时间，团队成员常常在实验室里通宵达旦，反复验证不同的技术路径。
转机出现在 2023 年。经过六年的持续攻关，团队在《自然・物理学》杂志发表论文，成功构建出非线性声子激光系统。这一成果不仅证实了利用非线性效应调控声子激光的可行性，更为相干声子频梳的研发奠定了坚实的理论基础。“非线性声子激光的实现，让我们看到了生成多‘梳齿’频率梳的希望。” 罗晖教授表示，当时团队意识到，只要找到合适的调控方法，就能突破 “梳齿” 数量和间距调控的限制。
在后续的研究中，团队将目光投向了 “弗洛凯工程”—— 这一在量子物理和光学领域广泛应用的调控技术，核心原理是通过周期性调制系统参数，改变系统的动力学行为。“我们大胆设想，将弗洛凯工程引入非线性声子激光系统，通过周期性调制泵浦信号，或许能激发出更多的相干声子模式。” 肖光宗副教授介绍，为了验证这一设想，团队设计了全新的实验装置，对泵浦信号的调制频率、幅度等参数进行了上千次的优化。
功夫不负有心人。经过两年的反复实验与调试，团队终于在 2025 年初取得重大突破 —— 通过精确调控泵浦信号的周期性调制参数，非线性声子激光系统成功生成了 40 余个相干 “梳齿”，且 “梳齿” 间距可根据需求灵活调节。这一成果，标志着声子激光频率梳技术正式从理论走向现实，我国也因此成为全球首个掌握这一核心技术的国家。
超级 “声尺” 的应用图景：从深海探测到生命健康
这把由我国科研团队自主研发的超级 “声尺”，究竟有何过人之处？相较于传统的声学测量工具，声子激光频率梳的优势主要体现在三个方面：一是超高相干性，40 余个 “梳齿” 均具有稳定的相位关系，测量精度较传统声子频梳提升了两个数量级；二是灵活可调性，“梳齿” 间距可在较大范围内调控，能够适应不同场景的测量需求；三是强环境适应性，在水下、生物组织等复杂介质中，仍能保持稳定的性能，解决了 “光尺” 在这些场景中 “水土不服” 的问题。
这些优势，让超级 “声尺” 在多个关键领域展现出广阔的应用前景。在水下声学探测领域，传统的水下声呐系统受限于频率稳定性，难以实现对小目标的高精度定位和成像。而声子激光频率梳凭借其超高精度，可大幅提升水下声呐的分辨率，不仅能更精准地探测到水下小型目标，还能实现对海底地形的高分辨率测绘。“这对于我国的海洋资源勘探、水下安防等领域具有重要意义。” 相关领域专家表示，未来，搭载这一技术的水下探测设备，有望深入此前难以触及的深海区域，为我国的海洋战略提供技术支撑。
在生物医学成像领域，超级 “声尺” 的出现更是带来了革命性的变化。目前，医学超声成像技术虽已广泛应用，但受限于频率精度，难以实现对生物组织微观结构的清晰成像。而声子激光频率梳可提供更高频率的超声信号，结合其超高相干性，能够实现对细胞、血管等微观结构的高分辨率成像。“例如，在肿瘤早期诊断中，传统超声难以发现毫米级以下的肿瘤病灶，而搭载声子激光频率梳技术的成像设备，有望实现对早期肿瘤的精准检测，为患者争取更多的治疗时间。” 景辉教授介绍，团队目前已与多家医疗机构展开合作，推动这一技术在临床诊断中的应用。
除了水下探测和生物医学领域，超级 “声尺” 在量子计量领域也具有重要价值。作为声学领域的高精度频率标准，声子激光频率梳可用于校准其他声学测量设备，推动整个声学计量体系的升级。同时，其与量子技术的结合，还可能为量子声学、量子传感等新兴领域提供全新的研究工具，助力我国在量子科技领域抢占先机。
自主创新：我国声学技术迈向全球领先
声子激光频率梳技术的突破，不仅是一项具体的科研成果，更体现了我国在声学精密测量领域自主创新能力的显著提升。回顾整个研发过程，团队始终坚持自主研发，从理论设计到实验装置的搭建，再到核心参数的优化，每一个环节都凝聚着科研人员的智慧与汗水。“在研发过程中，我们遇到了很多技术难题，其中不少问题在国际上也没有现成的解决方案。” 罗晖教授表示，团队通过跨学科合作，整合了声学、光学、量子物理等多个领域的技术优势，最终实现了技术突破。
这一成果的取得，也离不开我国对基础研究的重视和支持。近年来，我国持续加大对基础科学研究的投入，为科研人员提供了良好的科研环境和创新平台。国防科技大学激光陀螺创新团队长期致力于精密测量技术的研究，积累了丰富的技术经验，为声子激光频率梳技术的研发奠定了坚实的基础。
展望未来，团队表示将继续深化对声子激光频率梳技术的研究，进一步提升 “梳齿” 数量和测量精度，拓展其在更多领域的应用。同时，团队还将加强与国内外科研机构的合作，推动这一技术的产业化进程，让超级 “声尺” 尽快服务于国家战略需求和民生领域。
声子激光频率梳技术的突破，犹如一束光，照亮了声学精密测量领域的未来。这把由我国科研人员自主打造的超级 “声尺”，不仅打破了国外在相关领域的技术垄断，更标志着我国在声学技术领域从 “跟跑” 向 “领跑” 的转变。在未来的深海探测、生命健康、量子科技等领域，这把超级 “声尺” 必将发挥更大的作用，为我国科技事业的发展贡献更多力量。
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