一项新技术将激光线宽压缩至万分之一

澳大利亚麦考瑞大学团队展示了一项新技术，能将激光的线宽压缩到原来的万分之一左右，即从10兆赫压缩至1千赫。这一突破性成果有望在量子计算、原子钟以及引力波探测等领域带来变革。该项研究成果以“Linewidth narrowing in Raman lasers”为题，发表在《APL Photonics》杂志上。

激光线宽指的是激光光束维持特定频率和纯净色彩的精确程度。线宽越窄，激光的频率越稳定、颜色越纯净。

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研究示意图

目前常用的一种线宽压缩方式是布里渊激光器，通过声波与光的相互作用实现压缩，但效果有限，一般只能压缩至原来的十分之一至百分之一。此次研究人员利用金刚石晶体和“拉曼效应”显著压缩了激光线宽，效果提高数千倍。

拉曼效应是指激光光子激发材料内部的高频振动，并在与这些振动相互作用后发生散射。拉曼效应就像一个“光谱滤波器”，能把不稳定的激光净化成更加干净、稳定的激光。

团队在一块几毫米大小的金刚石晶体中构建了精密的光学腔体，并引入一束线宽超过10兆赫的“噪声型”激光。经过拉曼散射处理后，输出激光的线宽被压缩至1千赫，达到现有检测设备的极限。与传统方法相比，拉曼技术不仅压缩能力更强，还具有更小的线宽潜力，适用范围广泛。

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显示关键组件的激光设备示意图

研究人员称：“到目前为止，这项工作重点是通过检查瞬时激光线宽来验证这一概念，下一步将涉及改进腔体设计和采用主动稳定系统，以便解决那些随时间推移导致线宽展宽的振动和漂移问题。”

相关链接：https://doi.org/10.1063/5.0271652