Лазерный мир

Обычные лазеры для атомных часов грешили нестабильностью из-за короткого резонатора, но новая разработка ученых из Китая позволяет получить узкий и чистый сигнал без лишних ухищрений.

Для квантовых датчиков и атомных часов, которые помещаются на чипе, крайне важны вертикально-излучающие лазеры с узкой линией излучения. Проблема в том, что у обычных конструкций ширина этой линии обычно большая. Виной тому короткая длина резонатора и избыточное спонтанное излучение. Ученые из Университета электронных наук и технологий Китая вместе с коллегами из других институтов нашли способ обойти эти ограничения. Они разместили пассивный резонатор прямо рядом с активной областью лазера. Благодаря этому нововведению им удалось сжать линию излучения примерно до одного мегагерца.

Новая работа исследовательской группы вышла в журнале Light: Science & Applications. Коллектив под руководством профессора Цзяна Ву из Университета электронных наук и технологий Китая представил монолитную технологию, то есть все компоненты устройства выполнены на одном кристалле. Этот лазер обеспечивает сжатие линии излучения примерно до 1 МГц, что считается настоящим прорывом для квантовых сенсоров и чиповых атомных часов.

Ученые встроили пассивный резонатор внутрь самого лазера. Так им удалось продлить время жизни фотонов и сократить количество спонтанных выбросов, при этом им не понадобилась внешняя оптическая обратная связь. Их разработка стабильно работает в одномодовом режиме в широком диапазоне температур и токов. Это делает лазер надежным инструментом для высокоточных применений. Устройство показало впечатляющие характеристики: отношение подавления боковых мод превышает 35 децибел, отношение подавления ортогональной поляризации — больше 25 децибел. А когда этот лазер встроили в цезиевый атомный час, он обеспечил частотную стабильность на уровне 1,89×10⁻¹² τ⁻¹/².

Сами ученые так объясняют принцип работы своего лазера. Они спроектировали монолитный вертикально-излучающий лазер со встроенным пассивным резонатором для достижения трех целей. Первая — сжать ширину линии до 1 МГц без использования внешней обратной связи. Вторая — увеличить время жизни фотонов и подавить высшие поперечные моды, чтобы повысить стабильность. И третья — сохранять устойчивую одномодовую работу при изменении температуры и тока, чтобы устройство оставалось надежным даже в разных условиях окружающей среды.

Исследователи также добавили, что снижение частотного шума и повышение когерентности делают эту технологию идеальной основой для квантовых сенсоров и систем точного времени следующего поколения. По их прогнозам, этот прорыв открывает новые возможности для квантового зондирования, высокоточной хронометрии и других областей, где нужны стабильные и компактные источники света.

Источник: https://innovanews.ru/info/news/hightech/uchenye-iz-kitaya-predstavili-lazer-s-rekordno-uzkoy-liniey-izlucheniya/