【儀表網 研發快訊】近日，北京量子信息科學研究院兼聘研究員、清華大學副教授丁世謙團隊在連續波真空紫外光源方面取得重大突破，成功研制出148nm連續波超窄線寬激光光源，首次將超穩激光技術推進至真空紫外波段，攻克了核光鐘研制的“最后一個核心瓶頸”。該光源在目標波段輸出功率超過100nW，線寬遠低于100Hz，且在140至175nm區間具備連續可調諧能力。與此前已報道的單頻真空紫外光源相比，其線寬降低了近百萬倍，可滿足釷-229核光鐘研制與核躍遷量子相干操控的核心需求。2026年2月11日，相關成果以“連續波窄線寬真空紫外激光光源” (Continuous-wave narrow-linewidth vacuum ultraviolet laser source)為題，在線發表于國際頂尖期刊《自然》(Nature)，美國物理學會(APS)旗下Physics雜志(Physics Magazine)同期在Viewpoint欄目刊發評論文章專題解讀。
光鐘提供了最精確的時間頻率基準，在導航與基礎物理規律檢驗等方向具有重要戰略價值。原子光鐘以電子躍遷為參考，對外界電磁環境較為敏感，且依賴超高真空、激光冷卻與囚禁等復雜實驗裝置，制約了其在實驗室外的推廣應用。近兩年快速發展的核光鐘研究提出，以釷-229原子核在148nm真空紫外波段的低能核躍遷為基準，以核躍遷替代電子躍遷，有望帶來光鐘原理層面的范式升級。由于原子核尺寸與電磁極矩遠小于原子，核躍遷對外部擾動顯著不敏感，使得核光鐘兼具極高精度、強抗環境擾動能力以及便攜可工程化潛力，被普遍認為是當今量子精密測量領域的戰略性前沿方向。
核光鐘研制的關鍵瓶頸在于缺乏148nm連續波激光。為此，美國國防高級研究計劃局(DARPA)于2025年啟動SUNSPOT計劃，面向148nm連續波光源開展專項攻關。研究團隊突破主流的非線性晶體路線，從理論上提出基于金屬蒸氣四波混頻的連續波真空紫外產生方案，在美國SUNSPOT計劃立項前即率先在實驗上實現148nm連續波輸出，并將線寬較此前單頻真空紫外激光降低近六個數量級。該成果將為釷-229核躍遷的高分辨譜學與量子相干操控提供關鍵光源支撐，補齊了核光鐘研制的最后一塊拼圖。
值得一提的是，研究團隊開發了在極低激光功率條件下仍可穩定工作的相位探測方法，并從實驗上發現熱金屬蒸氣中GHz量級的多普勒與碰撞展寬并不會在四波混頻過程中引入額外相位噪聲。這一發現表明，輸出真空紫外光場的相干性主要受基頻激光穩定度支配，從而將超穩激光技術拓展至真空紫外波段，也為面向其他關鍵波長與更高性能指標的相干真空紫外光源進一步發展奠定了基礎。
該光源平臺具備連續波運行、相干性優異和寬范圍可調諧等特點，除服務核光鐘外，還可作為通用真空紫外相干光源平臺，支撐鋁離子原子光鐘等量子精密測量研究，并服務量子信息相關實驗、凝聚態角分辨光電子能譜及高分辨真空紫外譜學等前沿應用。面向半導體關鍵材料與工藝的真空紫外計量、芯片檢測與機理研究需求，該平臺有望推動高端測試表征裝備與關鍵部件的自主可控，增強產業鏈關鍵環節韌性。
該論文共同第一作者為清華大學2021級本科生肖琦、2023級博士研究生Gleb Penyazkov和北京量子院助理研究員李相良，通訊作者為北京量子院兼聘研究員、清華大學副教授丁世謙。清華大學教授莫宇翔、中國計量科學研究院研究員林弋戈與北京量子院兼聘研究員、清華大學教授尤力等為本工作作出重要貢獻。該研究得到國家自然科學基金、北京市科技計劃和清華大學“篤實計劃”的支持。
所有評論僅代表網友意見，與本站立場無關。