发布日期：2024-12-22 09:31 点击次数：94
加州大学圣塔芭芭拉分校的测度东谈主员开发出一种结构紧凑、资本便宜的激光器，其性能可与实验室规模的系统比好意思。 它利用铷原子和先进的芯片集成时期，达成了诸如量子筹算、计时和环境传感（包括基于卫星的重力测绘）等应用。
Andrei Isichenko 手合手超高质料的环形谐振器（左），它不错匡助将商用法布里-珀罗激光二极管（右）发出的"粗"光回荡为低线宽激光。 贵府着手：加州大学圣巴巴拉分校 Sonia Fernandez
关于需要超精密原子测量和限制的实验，举例双光子原子钟、冷原子插手仪传感器和量子门，激光器是不可或缺的。 激光器之是以灵验，要津在于其光谱纯度，即只辐射一种心思或频率的光。 如今，要达成这些应用所需的超低噪声、踏实的光，必须依赖于沉重而腾贵的台式激光系统，该系统旨在产生和经管窄光谱范围内的光子。
然则，淌若这些原子应用玩忽开脱实验室和台式机的敛迹呢？ 这是激动加州大学圣巴巴拉分校工程学教师丹尼尔-布卢门撒尔（Daniel Blumenthal）实验室测度的愿景，他的团队正在郁闷将这些高精度激光器的性能复制到大肆的手合手开荒中。
布卢门撒尔实验室的测度生测度员安德烈-伊西琴科（Andrei Isichenko）说："这些微型激光器将为履行料子系统以及便携式、现场部署和天基量子传感器的激光器提供可膨胀的激光经管决议。这将对时期规模产生影响，举例使用中性原子和被困离子的量子筹算，以及冷原子量子传感器，举例原子钟和重力仪。"
在Scientific Reports杂志上发表的一篇论文中，Blumenthal、Isichenko和他们的团队先容了芯片级超低线宽自注入锁定780纳米激光器在这一方进取的发展。 测度东谈主员示意，这种大要洋火盒大小的开荒不错比当今的窄线宽 780 nm 激光器弘扬更好的性能，而制酿资本和容纳空间却惟有它们的一小部分。
之是以选拔铷原子手脚激光器的开发对象，是因为铷原子具有家喻户晓的特点，是多样高精度应用的理念念选拔。 其 D2 光学回荡的踏实性使其颠倒合适原子钟；原子的颖异度也使其成为传感器和冷原子物理的热点选拔。 将激光穿过手脚原子基准的铷原子蒸汽，近红外激光就能呈现出踏实原子回荡的特点。
论文的资深作家布卢门撒尔指出："利用原子回荡线来套住激光。换句话说，通过将激光锁定在原子回荡线上，激光在踏实性方面或多或少会具有该原子回荡的特点。"
然则，花哨的红光并不成制造出精密的激光。 要得回理念念质料的激光，必须去除"杂音"。 Blumenthal 将其描画为音叉与吉他弦的对比。他诠释说："淌若你用音叉敲出一个 C 音，外汇配资这可能是一个颠倒完满的 C 音。"但淌若你在吉他上弹出一个 C 音，你就能在其好听到其他曲调。 不异，激光也可能包含不同的频率（心思），从而产生特等的"曲调"。 为了产生所需的单一频率（在本例中为纯深红色光），该系统采选了特等的组件来进一步玩忽激光。 测度东谈主员濒临的挑战是将通盘这些功能和性能集成到一个芯片上。"
测度小组连合使用了市集上销售的法布里-珀罗激光二极管、寰宇上损耗最低的波导（由布卢门塔尔实验室制造）以及最高质料的因子谐振器，通盘这些齐是在氮化硅平台上制造的。 通过这么作念，他们玩忽复制沉重的台式系统的性能--笔据他们的测试，他们的开荒在频率噪声和线宽等要津主见上比某些台式激光器以及之前报谈的集成激光器卓越四个数目级。
Isichenko 诠释说："低线宽值的兴致在于，咱们不错在不就义激光器性能的情况下达成紧凑型激光器。在某些方面，由于达成了全芯片级集成，与传统激光器比拟，性能得到了升迁。 这些线宽有助于咱们更好地与原子系统互动，遗弃激光噪声的孝顺，从而完竣默契原子信号，以反应它们所感知的环境等。"
低线宽就本表情而言，是创记载低的亚赫兹基本线宽和亚千赫积分线宽，这标明了激光时期的踏实性和克服来自外部和里面杂音的才能。
这项时期的其他上风还包括资本--它使用的是 50 好意思元的二极管，并采选了一种具有资本效益且可膨胀的制造工艺，这种工艺是利用与 CMOS 兼容的晶圆级工艺制造的，它模仿了电子芯片制造规模的熏陶。这项时期的收效意味着不错在实验室表里的多样形态部署这些高性能、高精度、低资本的光子集成激光器，包括量子实验、原子计时和感应最狭窄的信号，如地球周围重力加快度的变化。
Blumenthal说："不错把这些仪器放在卫星上，以一定的精度画图地球和地球周围的重力舆图。通过感应地球周围的引力场来测量海平面的高潮、海冰的变化和地震。 "他补充说，这种时期结构紧凑、功耗低、分量轻，"颠倒合适"在天际中部署。
编译自/ScitechDaily
DOI: 10.1038/s41598-024-76699-x
