温度调谐激光外差辐射计：突破大气CO2高分辨率探测的量子极限

【编辑推荐】本文创新性地采用激光温度扫描波长调谐法，开发了性能提升的激光外差辐射计（LHR），通过稳定激光功率输出抑制相对强度噪声，实现了1.18倍理论量子极限的超高灵敏度，使大气温室气体柱浓度遥感测量精度提升4倍，为高分辨率探测CO2等温室气体提供了新方案。

　　

Highlight

我们首次将激光温度扫描法应用于LHR系统，通过离散调节激光器工作温度实现波长扫描。与传统电流扫描法相比，该方法将激光相对强度波动降低22.3倍，显著提升系统稳定性。

Experimental measurement of atmospheric CO₂ heterodyne column absorption

本研究采用70个温度调谐步长（每步维持7秒）精准解析大气CO₂吸收线，在1.571 μm波段获得信噪比（SNR）突破性提升。通过选择80 Hz和2 Hz带宽的低通滤波器，系统噪声等效功率分别达到1.18倍和1.35倍量子极限。

Conclusions

该温度调谐LHR实现了柱平均CO₂浓度测量精度较传统方法提高4倍，为大气温室气体垂直廓线探测提供了更紧凑、更精准的技术路径。

CRediT authorship contribution statement

郝登：论文撰写与概念设计；吴兰燕：数据监管与软件支持；杨晨光：理论分析；李任师：数据采集；阚瑞峰：项目指导；包明帝：噪声分析；徐振宇：方案优化。

Funding

本研究获国家自然科学基金（42105129, 62475267）、国家重点研发计划（2023YFC3705300）和中科院青年交叉团队（JCTD-2022-14）资助。

Declaration of competing interest

作者声明无利益冲突。