26日，科學(xué)技術(shù)大學(xué)分子精密光譜研究團(tuán)隊(duì)在溫度基準(zhǔn)測量領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，研究團(tuán)隊(duì)采用全頻域測量方法，實(shí)現(xiàn)了無線型模型依賴的ppm級精度多普勒展寬測溫(DBT)。研究成果以“Cavity-Enhanced、WWW.shsaiC.net/ Doppler-Broadening /WWW.shybdj6.net/Thermometry via All-Frequency Metrology”為題發(fā)表于《物理評論快報》。該項(xiàng)DBT研究成果與研究團(tuán)隊(duì)近期在《科學(xué)進(jìn)展》(Liet al.,Sci./WWW.shzY4.com/ Adv.11, eadz6560 (2025))上發(fā)表的線強(qiáng)度比測溫法(LRT)工作形成互補(bǔ)，創(chuàng)造了光譜學(xué)溫度計量精度的國際新紀(jì)錄。
 
  溫度是國際單位制中*一個被重新定義的基本單位，目前開爾文的定義直接基于玻爾茲曼常數(shù)。多普勒展寬測溫法(DBT)作為一種重要的原級測溫方法，通過測量原子或分子熱運(yùn)動導(dǎo)致的譜線展寬來直接反演溫度。然而，分子碰撞效應(yīng)和傳統(tǒng)光譜測量方法的局限性一直是制約其精度提升的關(guān)鍵因素。
 
  研究團(tuán)隊(duì)采用腔模色散光譜技術(shù)(CM/WWW.shyb118.com/DS)，實(shí)現(xiàn)了從“光強(qiáng)測量”到“頻率測量”的范式轉(zhuǎn)變。研究團(tuán)隊(duì)采用模式線寬僅為0.6kHz的高精細(xì)度光學(xué)腔，選擇*簡單的雙原子分子一氧化碳R(10)(3-0)躍遷作為測量對象，在2-17Pa的低氣壓條件下記錄光譜數(shù)據(jù)。
 
  實(shí)驗(yàn)采用低氣壓測量與零壓外推的策略，有效剝離了分子碰撞對譜線展寬的干擾。而高精細(xì)度光腔的使用，使得測量靈敏度大幅提高，在低氣壓下還能獲得足夠的探測信噪比。
 
  實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，DBT測溫值與標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計的偏差僅為-2.0±3.6mK，統(tǒng)計不確定度7ppm，系統(tǒng)不確定度9ppm，首次將系統(tǒng)不確定度控制到10ppm以內(nèi)。值得注意的是，即使采用不同的線型模型(高斯、Voigt或速度依賴Voigt模型)進(jìn)行分析，壓力外推后結(jié)果都呈現(xiàn)出良好的一致性，表明該方法擺脫了對線型模型的依賴。這是該領(lǐng)域一個長期存在的系統(tǒng)性難題，而前期國際上多個研究組的相關(guān)工作都受限于該效應(yīng)。
 

圖1 不同線型擬合結(jié)果下的DBT溫度(TDB/WWW.shhzy3.cn/T)與熱傳感器讀數(shù)(T??)的對比
 
  該工作得到審稿人的高度評價：“這是從20年前提出DBT方法以來*重要的概念性突破”。這項(xiàng)工作建立的測量平臺不僅為溫度計量提供了新標(biāo)準(zhǔn)，還將應(yīng)用于分子碰撞物理研究、大氣環(huán)境遙感監(jiān)測等多個領(lǐng)域。特別值得一提的是，該技術(shù)為驗(yàn)證分子碰撞理論提供了前所未有的高精度平臺，對大氣遙感、上海上自儀轉(zhuǎn)速表廠氣體計量等學(xué)科發(fā)展具有重要意義。研究團(tuán)隊(duì)表示，這一系列溫度計量突破性進(jìn)展展示了我國在量子計量領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新能力，為未來溫度量子計量的新標(biāo)準(zhǔn)奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。
 
  科大合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)研究中心的博士生黃琪和合肥*實(shí)驗(yàn)室的王進(jìn)博士為該論文共同*作者，S上海新躍儀表廠王進(jìn)博士與合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)研究中心的胡水明教授為共同通訊作者。本工作得到了合肥*實(shí)驗(yàn)室、*量子科技創(chuàng)新、*自然科學(xué)基金、科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)等資金的資助。