【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】量子精密測量是利用光與原子相互作用的量子效應(yīng)和技術(shù)，突破標(biāo)準(zhǔn)量子極限，以實現(xiàn)測量精度、靈敏度和穩(wěn)定性全面超越經(jīng)典測量手段的方法。這一顛覆性技術(shù)的關(guān)鍵是實現(xiàn)原子精細(xì)能級躍遷和量子態(tài)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(wěn)頻系統(tǒng)和量子干涉系統(tǒng)性能，制約測量準(zhǔn)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(dǎo)體激光器在量子精密測量領(lǐng)域備受關(guān)注，其中，用于Cs原子里德堡態(tài)制備的852nm窄線寬激光器是典型代表。
 

　　中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所大功率半導(dǎo)體激光器研究團隊在王立軍院士、寧永強研究員的領(lǐng)導(dǎo)下，近年來開展了先進窄線寬半導(dǎo)體激光器及關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。近日，該團隊陳超副研究員報道了一種基于外部光反饋結(jié)構(gòu)的852nm窄線寬、線偏振半導(dǎo)體激光器。激光器結(jié)構(gòu)通過引入飛秒激光誘導(dǎo)的雙折射Bragg光柵濾波器，并與高偏振相關(guān)性半導(dǎo)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(shù)，實現(xiàn)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(tǒng)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(chǔ)，亦有希望用于空間環(huán)境中星載和箭載的冷原子量子實驗系統(tǒng)。
 

　　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(fā)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(jīng)不同波片旋轉(zhuǎn)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(shù)值仿真與測試結(jié)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(dǎo)體激光器(成果發(fā)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(fā)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(xué)基金委項目、吉林省科技發(fā)展計劃資助項目和長春市科技發(fā)展計劃項目的資助，取得的窄線寬半導(dǎo)體激光器關(guān)鍵技術(shù)突破已經(jīng)授權(quán)國家發(fā)明專利3件。