近日，大连理工大学教授梅亮团队和之江实验室研究员严国峰团队在单光子精密光谱测量领域取得重要进展。他们提出了单光子双梳鬼成像光谱技术，其采用具有正交矩阵调制模式分辨光谱的双梳光源，并通过鬼成像原理重建了高分辨率光谱。相关成果发表在《自然-通讯》期刊。

单光子光谱技术能够为光通量处于光子级别的极弱光场提供高分辨率的光谱信息，在极端光场探测中发挥着关键作用，显著拓展了人类在天文、物理、生物医学及环境科学等前沿领域的探测极限。然而，用于单光子光谱测量的探测器是缺乏光谱分辨能力的单像素二元器件，通过输出离散的“1”（高电平）和“0”（低电平）信号来实现光子计数，这种二元特性为用“低维”光子计数信号重建“高维”光谱信息带来了重大挑战。

传统单光子光谱技术通常采用单光子探测器件连续采集光子信号，并通过积累时域或空域色散的能量分布来补偿单光子探测的二元特性，从而通过光子计数的统计直方图实现光谱测量。然而，大多数色散型单光子光谱仪仅能实现亚纳米级光谱分辨率，且测量速度缓慢。迄今为止，在极弱光场条件下仍难以实现高速高分辨率光谱测量。

本工作中，研究团队在双梳鬼成像光谱系统中，实现了频率间隔125 MHz、线宽12.5 kHz的双梳光谱的高精度矩阵编码，消光比优于-20 dB。在光功率衰减至210 fW的条件下，通过毫秒量级的光子计数以及鬼成像计算方法获得了乙炔分子的指纹吸收光谱，光谱分辨率达125 MHz，单次谱范围8 GHz。相比于现有方案，在同等光子水平及光谱分辨率条件下，测量速度提升1000倍。此外，该研究还实现了每梳线功率仅飞瓦量级的相移光纤光栅超长距离光纤传感。

本研究工作将高速高分辨光谱技术推进至飞瓦量级的单光子水平，为高灵敏度痕量分子遥测、长距离光纤传感及光毒性/光敏分子指纹谱表征等奠定了重要基础。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63516-w