中青線上上海3月30日電今天， 華東師範大學宣佈， 該校精密光譜科學與技術國家重點實驗室馬龍生課題組在多項自主研發技術的基礎上， 實現了任意數的光學分頻， 且光學分頻器的分頻數可精密控制， 分頻不確定度達到了10-21， 這是光學分頻技術研究方面的新突破。
據悉， 該研究成果於近日發表在National Science Review 3,394（2016）上， 揭示了基於光梳的高精度光學分頻器的原理和性能測試結果。
測試顯示， 該光學分頻器在分頻過程中產生的誤差比當今最好光鐘的精度還小三個數量級， 可滿足當今最好光鐘應用的需要， 在分頻過程中又不會降低光鐘的性能。
在無線電波段工作的數位頻率分頻是一項成熟的技術， 已廣泛應用在科學研究和日常生活中。 由於光波頻率比無線電波頻率高4個數量級以上， 建立光學分頻器是一項挑戰性很強的研究課題。
早在20世紀60年代鐳射誕生不久， 科學家就探索採用頻率鏈的方法研製光學分頻器， 他們使用光學倍頻、差頻、混頻等一系列非線性光學手段建立不同光波之間的頻率聯繫。 經過20餘年的研究， 科學家終於用光學分頻器測量了分子穩頻鐳射的頻率， 在此基礎上確定了光的速度為299792458m/s， 並建立了長度單位“米”的定義， 這兩項成果奠定了精密測量和精確導航的基礎。
由於基於光學頻率鏈的光學分頻器十分複雜、龐大， 且只能對一個特定波長的光進行分頻， 而分頻精度只在10-10， 不能滿足許多精密測量的需求， 所以科學家從80年代就放棄了用光學頻率鏈建立光學分頻器的技術路線， 開始尋找其他新方法。
1999年後， 馬龍生敏銳地意識到研究“飛秒鐳射光梳”的重要性， 它的誕生為研製光學分頻器鋪平了新的道路。 2003年， 馬龍生和畢志毅課題組聯合美國標準與技術國家實驗室（NIST）和國際計量局(BIPM)開展了四台光學頻率梳的國際比對研究， 以10-19的不確定度實現了光學分頻， 取得了令人矚目的成果， 文章發表在Science, 303,1843(2004)。 國際著名研究機構評價：“以前所未有的精度實現了光學分頻和合成”“為發展下一代基於光學頻率的原子鐘鋪平了道路”。
2005年諾貝爾物理獎公告引用了該資料， 頒獎典禮現場， 諾貝爾物理學獎得主霍爾(John L. Hall)和亨施(Theodor W. Hänsch)在各自的演講文稿中也都引用了這篇文章。 應霍爾的邀請， 馬龍生夫婦出席了當年的頒獎典禮。
相關研究成果同時獲得了2006年國家自然科學二等獎。 馬龍生教授由於在光場時頻域精密控制的傑出貢獻， 獲得了2010年度國際頻率精密控制大會（IEEE-UFFC-IFCS）頒發的國際Rabi獎。 Rabi獎是國際時頻控制研究領域的頂級獎項， 從1983年設立至今， 已有30多位科學家獲獎， 其中4位在獲得Rabi獎後又獲得了諾貝爾物理獎。
1981年， 馬龍生赴美進修精密與超靈敏光譜技術。 訪學期間， 他以第一發明者身份合作完成了一項美國發明專利。 進修結束前，
歸國之初， 他看到中國鐳射光譜研究水準與世界先進水準的巨大差距， 立志要儘快將學科達到世界同行業的先進水準。 為了克服經費短缺等困難， 他和教研室的工作人員們夜以繼日地改造實驗室、設計和建造相關儀器設備和實驗平臺， 對當時僅有的兩台進口雷射器加強維護管理， 使之高效率、高品質的服務於科研專案和人才培養。 在他不懈的努力下， 華東師大建成了業內極具影響力的鐳射光譜實驗室。
2004年研究獲重大突破之後， 馬龍生課題組繼續堅持光場時頻域精密控制研究， 陸續研發了多項光梳關鍵技術， 並組成了以青年教師蔣燕義等為主要骨幹的老中青相結合的研究團隊。
高精度光學分頻器是開展光鐘應用研究不可缺少的關鍵技術。 近十年光鐘研究取得了飛速發展， 它的不確定度已達到10-18， 超越了微波原子鐘2個數量級， 並向更高的精度推進。 如此高精度的光鐘開闢了許多重要的應用領域。
此外， 馬龍生課題組還利用高精度光學分頻器建立了低雜訊光學頻率合成器。 該光學頻率合成器能根據研究需要， 在700-990nm範圍內任意需要的頻率處高精度地輸出一個線寬為1Hz的高相干鐳射， 為光鐘的應用和精密光譜等研究提供了必要的光源。 相關成果發表在Applied Physics Letter,109,131102(2016)上， 研究生姚遠為第一作者， 該文被編輯選為亮點文章。 審稿人高度評價：“該裝置是原子和光學物理學家夢想已久的，現在終於實現了”。
審稿人高度評價：“該裝置是原子和光學物理學家夢想已久的，現在終於實現了”。