火柴盒大小的低成本高精度激光器问世

12 月 23 日消息，加利福尼亚大学圣巴巴拉分校（UC Santa Barbara）的研究团队近日成功研发出一款微型、低成本、轻量化的高精度激光器，其性能可与传统的大型激光器相媲美。

据IT之家了解，长期以来，开发和使用先进的量子系统、原子钟和传感器需要昂贵的高精度激光器，这些设备通常体积庞大，搭建复杂，使得全球许多实验室难以负担，从而限制了相关高价值实验的开展。而 UC Santa Barbara 的这项新成果，有望改变这一现状。

“这些小型化的激光器将为实际的量子系统提供可扩展的激光解决方案，并为便携式、可现场部署以及基于太空的量子传感器提供激光光源，”该研究的主要负责人、UC Santa Barbara Blumenthal 实验室的博士研究生 Andrei Isichenko 表示。

研究人员开发出了一款火柴盒大小的 780 纳米激光设备，带有一个芯片，激光由铷原子 D2 线产生。

研究团队首先将一束激光束穿过铷蒸气，使激光吸收铷原子的稳定频率和其他特性。这种相互作用使激光变得稳定，适用于涉及超冷原子和高精度实验的应用。

下一步是去除激光中不必要的频率，以降低噪声。通常，台式激光器使用笨重的组件来消除噪声，并产生只有单一频率的深红色光束。而在这项研究中，研究人员制造了一种紧凑的氮化硅芯片，将法布里-珀罗激光二极管和谐振器集成在芯片上。这些组件协同工作，产生相干光，消除噪声，并确保最终输出是纯净的单频光束。

研究人员声称，他们开发的火柴盒大小的激光设备性能优于典型的 780 纳米台式激光器，并且科学家可以在实验室内外使用该激光器。

这是一种低线宽激光器，此类激光器以产生纯净、稳定、精确且集中在单一频率的光而闻名，在其他频率上的扩散极小。低线宽激光器是原子钟、传感器和量子实验等应用必不可少的。

这款新型激光设备与其他低线宽激光器的区别在于，其价格低廉（使用 50 美元的二极管）、功耗更低，并且设计更加实用。“你可以将这些设备放在卫星上，以一定的精度绘制地球及其周围的重力图。你可以通过感知地球周围的重力场来测量海平面上升、海冰变化和地震，”该研究的资深作者、UC Santa Barbara 教授 Daniel Blumenthal 表示。

这项研究已发表在《科学报告》杂志上。

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