長春光機所在量子精密測量用窄線寬半導體激光器方面取得新進展

　　【儀表網 研發快訊】量子精密測量是利用光與原子相互作用的量子效應和技術，突破標準量子極限，以實現測量精度、靈敏度和穩定性全面超越經典測量手段的方法。這一顛覆性技術的關鍵是實現原子精細能級躍遷和量子態探測的窄線寬激光器。此外，激光器的高偏振特性也是提升激光穩頻系統和量子干涉系統性能，制約測量準確度和分辨率的決定因素。因此，兼具窄線寬和線偏振的窄線寬半導體激光器在量子精密測量領域備受關注，其中，用于Cs原子里德堡態制備的852nm窄線寬激光器是典型代表。
 

　　中國科學院長春光學精密機械與物理研究所大功率半導體激光器研究團隊在王立軍院士、寧永強研究員的領導下，近年來開展了先進窄線寬半導體激光器及關鍵技術攻關。近日，該團隊陳超副研究員報道了一種基于外部光反饋結構的852nm窄線寬、線偏振半導體激光器。激光器結構通過引入飛秒激光誘導的雙折射Bragg光柵濾波器，并與高偏振相關性半導體增益芯片混合集成，利用偏振模式選擇性反饋和注入鎖定技術，實現了超過30dB偏振消光比和低至2.58kHz的高線偏振、窄線寬激光輸出。該激光器可作為量子精密測量系統的潛在原子泵浦光源，并且基于前期在抗輻射、窄線寬激光器方面的研究基礎，亦有希望用于空間環境中星載和箭載的冷原子量子實驗系統。
 

　　這項研究成果以“Linear　polarization　and　narrow-linewidth　external-cavity　semiconductor laser　based　on　birefringent　Bragg　grating　optical　feedback”為題，發表在Optics　and　Laser　Technology(DOI：https：//doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.110211)[1]。
 

　　圖(a)激光器的激射光譜特性，(b)偏振消光比隨注入電流的變化特性(插圖為激光經不同波片旋轉角度測量的激光功率)，(c)延時自外差測量激光線寬的拍頻功率譜及其擬合曲線，(d)洛倫茲線寬數值仿真與測試結果。

 

　　此前，研究團隊針對空間激光通信和相干激光探測的需求，分別報道了抗輻射窄線寬外腔半導體激光器(成果發表在Journal　of　Luminescence，DOI：doi.org/10.1016/j.jlumin.2023.119812)[2]和高偏振消光比窄線寬混合集成激光器(成果發表在Optics　Express，DOI：doi.org/10.1364/OE.431341)[3]。
 

　　上述論文的第一作者分別為博士研究生陳加齊、羅曦晨，通信作者為陳超副研究員。研究工作得到了國家自然科學基金委項目、吉林省科技發展計劃資助項目和長春市科技發展計劃項目的資助，取得的窄線寬半導體激光器關鍵技術突破已經授權國家發明專利3件。