澳大利亞麥考瑞大學(xué)團(tuán)隊(duì)展示了一項(xiàng)新技術(shù)，能將激光的線寬壓縮到原來(lái)的萬(wàn)分之一左右，即從10兆赫壓縮至1千赫。這一突破性成果有望在量子計(jì)算、原子鐘以及引力波探測(cè)等領(lǐng)域帶來(lái)變革。該項(xiàng)研究成果以“Linewidth narrowing in Raman lasers”為題，發(fā)表在《APL Photonics》雜志上。

激光線寬指的是激光光束維持特定頻率和純凈色彩的精確程度。線寬越窄，激光的頻率越穩(wěn)定、顏色越純凈。

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研究示意圖

目前常用的一種線寬壓縮方式是布里淵激光器，通過(guò)聲波與光的相互作用實(shí)現(xiàn)壓縮，但效果有限，一般只能壓縮至原來(lái)的十分之一至百分之一。此次研究人員利用金剛石晶體和“拉曼效應(yīng)”顯著壓縮了激光線寬，效果提高數(shù)千倍。

拉曼效應(yīng)是指激光光子激發(fā)材料內(nèi)部的高頻振動(dòng)，并在與這些振動(dòng)相互作用后發(fā)生散射。拉曼效應(yīng)就像一個(gè)“光譜濾波器”，能把不穩(wěn)定的激光凈化成更加干凈、穩(wěn)定的激光。

團(tuán)隊(duì)在一塊幾毫米大小的金剛石晶體中構(gòu)建了精密的光學(xué)腔體，并引入一束線寬超過(guò)10兆赫的“噪聲型”激光。經(jīng)過(guò)拉曼散射處理后，輸出激光的線寬被壓縮至1千赫，達(dá)到現(xiàn)有檢測(cè)設(shè)備的極限。與傳統(tǒng)方法相比，拉曼技術(shù)不僅壓縮能力更強(qiáng)，還具有更小的線寬潛力，適用范圍廣泛。

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顯示關(guān)鍵組件的激光設(shè)備示意圖

研究人員稱：“到目前為止，這項(xiàng)工作重點(diǎn)是通過(guò)檢查瞬時(shí)激光線寬來(lái)驗(yàn)證這一概念，下一步將涉及改進(jìn)腔體設(shè)計(jì)和采用主動(dòng)穩(wěn)定系統(tǒng)，以便解決那些隨時(shí)間推移導(dǎo)致線寬展寬的振動(dòng)和漂移問(wèn)題。”

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0271652