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长春光机所在量子精密测量用窄线宽半导体激光器方面取得新进展
2023-12-25 发光室 陈超
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量子精密测量是利用光与原子相互作用的量子效应和技术,突破标准量子极限,以实现测量精度、灵敏度和稳定性全面超越经典测量手段的方法。这一颠覆性技术的关键是实现原子精细能级跃迁和量子态探测的窄线宽激光器。此外,激光器的高偏振特性也是提升激光稳频系统和量子干涉系统性能,制约测量准确度和分辨率的决定因素。因此,兼具窄线宽和线偏振的窄线宽半导体激光器在量子精密测量领域备受关注,其中,用于Cs原子里德堡态制备的852nm窄线宽激光器是典型代表。

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所大功率半导体激光器研究团队在王立军院士、宁永强研究员的领导下,近年来开展了先进窄线宽半导体激光器及关键技术攻关。近日,该团队陈超副研究员报道了一种基于外部光反馈结构的852nm窄线宽、线偏振半导体激光器。激光器结构通过引入飞秒激光诱导的双折射Bragg光栅滤波器,并与高偏振相关性半导体增益芯片混合集成,利用偏振模式选择性反馈和注入锁定技术,实现了超过30dB偏振消光比和低至2.58kHz的高线偏振、窄线宽激光输出。该激光器可作为量子精密测量系统的潜在原子泵浦光源,并且基于前期在抗辐射、窄线宽激光器方面的研究基础,亦有希望用于空间环境中星载和箭载的冷原子量子实验系统。

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

图(a)激光器的激射光谱特性,(b)偏振消光比随注入电流的变化特性(插图为激光经不同波片旋转角度测量的激光功率),(c)延时自外差测量激光线宽的拍频功率谱及其拟合曲线,(d)洛伦兹线宽数值仿真与测试结果。

此前,研究团队针对空间激光通信和相干激光探测的需求,分别报道了抗辐射窄线宽外腔半导体激光器(成果发表在Journal of Luminescence,DOI:doi.org/10.1016/j.jlumin.2023.119812)[2]和高偏振消光比窄线宽混合集成激光器(成果发表在Optics Express,DOI:doi.org/10.1364/OE.431341)[3]。

上述论文的第一作者分别为博士研究生陈加齐、罗曦晨,通信作者为陈超副研究员。研究工作得到了国家自然科学基金委项目、吉林省科技发展计划资助项目和长春市科技发展计划项目的资助,取得的窄线宽半导体激光器关键技术突破已经授权国家发明专利3件。

全文链接:

[1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0030399223011040

[2] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002223132300145X

[3] https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-29-21-33109&id=459983

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