Quantenpräzisionsmessung ist eine Methode, die Quanteneffekte und Techniken der Licht-Atom-Wechselwirkungen nutzt, um die Standardquantengrenze zu durchbrechen und so eine Messgenauigkeit, Empfindlichkeit und Stabilität zu erreichen, die klassische Messmethoden bei weitem übertrifft. Der Schlüssel zu dieser bahnbrechenden Technologie ist ein Laser mit schmaler Linienbreite, der feine Energieniveausprünge von Atomen und die Erkennung von Quantenzuständen ermöglicht. Darüber hinaus sind die hohen Polarisationseigenschaften der Laser auch ein entscheidender Faktor für die Leistungssteigerung von Laserfrequenzstabilisierungssystemen und Quanteninterferenzsystemen sowie für die Einschränkung der Genauigkeit und Auflösung der Messungen. Daher haben Halbleiterlaser mit schmaler Linienbreite, die sowohl eine schmale Linienbreite als auch eine Linienpolarisation aufweisen, große Aufmerksamkeit auf dem Gebiet der Quantenpräzisionsmessungen auf sich gezogen, unter denen der 852-nm-Laser mit schmaler Linienbreite zur Herstellung von Rydberg-Zuständen von Cs-Atomen ein typischer Vertreter ist.
Das Hochleistungs-Halbleiterlaser-Forschungsteam des Changchun Institute of Optical Precision Machinery and Physics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat unter der Leitung des Akademikers Wang Lijun und des Forschers Ning Yongqiang in jüngster Zeit Forschungen zu fortschrittlichen Halbleiterlasern mit schmaler Linienbreite und Schlüsseltechnologien durchgeführt Jahre. Kürzlich berichtete der assoziierte Forscher Chao Chen vom Team über einen linear polarisierten Halbleiterlaser mit schmaler Linienbreite von 852 nm, der auf einer externen optischen Rückkopplungsstruktur basiert. Durch die Einführung eines Femtosekundenlaser-induzierten doppelbrechenden Bragg-Gitterfilters und dessen Integration mit einem Halbleiter-Gain-Chip-Hybrid mit hoher Polarisationskorrelation erreicht die Laserstruktur eine hohe linienpolarisierte Laserleistung mit schmaler Linienbreite und einem Polarisationsauslöschungsverhältnis von mehr als 30 dB und eine Linienbreite von nur 2,58 kHz durch den Einsatz polarisationsmodusselektiver Rückkopplungs- und Injektionsverriegelungstechniken. Der Laser kann als potenzielle atomar gepumpte Lichtquelle für Quantenpräzisionsmesssysteme verwendet werden, und basierend auf der bisherigen Forschung zu strahlungsresistenten Lasern mit schmaler Linienbreite ist er auch vielversprechend für den Einsatz in Quantenexperimentsystemen mit kalten Atomen in Weltraumumgebungen. sowohl an Bord als auch außerhalb.
Das Forschungsergebnis trägt den Titel „Linear polarization and Narrow-Linewidth External-Cavity Semiconductor Laser Based on Birefringent Bragg Grating Optical Feedback“, veröffentlicht in Optics and Laser Technology (DOI: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.110211 ). 110211).
Zuvor berichtete das Forschungsteam über die strahlungsbeständigen schmalen Linienbreiten-Halbleiterlaser mit externem Hohlraum (DOI: doi.org/10.1016/jjoptlastec.2023.110211) und die schmalen Linienbreiten-Hybrid-integrierten Laser mit hohem Polarisationsauslöschungsverhältnis (DOI: https://doi. org/10.1016/j.optlastec.2023.110211) als Reaktion auf die Anforderungen der Weltraum-Laserkommunikation und der kohärenten Lasererkennung. Laser (Ergebnisse veröffentlicht in Optics Express, DOI: doi.org/10.1364/OE.431341).
Abb. (a) Anregungsspektraleigenschaften des Lasers, (b) Polarisationsauslöschungsverhältnis mit Injektionsstrom (der Einschub zeigt die Laserleistung, gemessen bei verschiedenen Wellenplattendrehwinkeln), (c) Schwebungsfrequenz-Leistungsspektrum und seine Anpassungskurve der Verzögerung Selbst-externe Differenzmessung der Laserlinienbreite und (d) Numerische Simulation und Testergebnisse der Lorentzschen Linienbreite.
Die Erstautoren der oben genannten Arbeiten sind Ph.D. Die Studenten Gazi Chen und Xichen Luo, und der korrespondierende Autor ist Associate Researcher Chao Chen. Die Forschungsarbeit wurde vom Projekt der National Natural Science Foundation of China, dem vom Jilin Science and Technology Development Plan finanzierten Projekt und dem Changchun Science and Technology Development Plan-Projekt finanziert. Die wichtigsten technologischen Durchbrüche bei Halbleiterlasern mit schmaler Linienbreite wurden mit drei nationalen Erfindungspatenten genehmigt .
