11/19/2012,光纖在線訊：北京時(shí)間2012年10月9日下午5時(shí)45分，在瑞典首都斯德哥爾摩的卡羅琳斯卡醫(yī)學(xué)院，瑞典皇家科學(xué)院諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)將2012年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了兩位科學(xué)家—法國(guó)物理學(xué)家塞爾日•阿羅什與美國(guó)物理學(xué)家戴維•瓦恩蘭，獲獎(jiǎng)評(píng)語(yǔ)為“提出了突破性的實(shí)驗(yàn)方法，使測(cè)量和操控單個(gè)量子系統(tǒng)成為可能”。 

      非專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的人士可能對(duì)量子光學(xué)這一領(lǐng)域感到陌生。事實(shí)上，一段很長(zhǎng)的時(shí)間以來(lái)，人們想從一個(gè)微觀角度來(lái)研究光與物質(zhì)的相互作用是一件非常困難的事情。因?yàn)�，�?duì)光或者其他物質(zhì)的單個(gè)粒子這些微觀的研究對(duì)象來(lái)說(shuō)，經(jīng)典物理學(xué)理論已經(jīng)不適用，量子力學(xué)理論則規(guī)定了微觀世界的基本規(guī)則。而單個(gè)粒子很難從環(huán)境中獨(dú)立出來(lái)，并且，一旦同周?chē)�的環(huán)境發(fā)生相互作用，其量子特性便會(huì)喪失。而阿羅什與瓦恩來(lái)各自所帶領(lǐng)的研究小組，分別發(fā)展出實(shí)用的實(shí)驗(yàn)方法，以測(cè)量并操控非常脆弱的量子態(tài)。
      我們可以通過(guò)瓦恩蘭的實(shí)驗(yàn)來(lái)了解這一過(guò)程，當(dāng)瓦恩蘭俘獲帶電原子（離子）后，開(kāi)始利用光（光子）對(duì)其進(jìn)行測(cè)量和操控。所俘獲的物質(zhì)離子被隔離在冷（超低溫）環(huán)境中，防止被周?chē)�環(huán)境干擾。瓦恩蘭巧妙的使用激光束以及激光脈沖不斷抑制離子的熱運(yùn)動(dòng)，從而使離子的動(dòng)能降為零，從而進(jìn)入特定的量子疊加態(tài)中（疊加態(tài)正是量子世界里最神秘的特性）從而保持住了單個(gè)粒子的量子特性。
      不僅僅是以阿羅什和瓦恩蘭為代表的外國(guó)學(xué)者近年來(lái)致力于該領(lǐng)域的研究，國(guó)內(nèi)也有越來(lái)越多的人從事著光與物質(zhì)粒子相互作用的研究，如冷原子研究，并且取得了很多可喜的成果。而冷原子研究所使用的半導(dǎo)體激光的管供應(yīng)商德國(guó)eagleyard公司，也越來(lái)越為國(guó)內(nèi)冷原子領(lǐng)域的工作者所熟知。
      在冷原子研究的相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，需要使用到激光冷卻、俘獲與操控的原理。激光冷卻是依靠光對(duì)原子的機(jī)械作用力及相關(guān)的光與物質(zhì)粒子的相關(guān)效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這里就用到了可靠性高而操作簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體激光器。不同于我們常規(guī)使用的通信用半導(dǎo)體激光器，冷原子實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)需要精確對(duì)應(yīng)原子躍遷吸收譜線，并且對(duì)線寬和功率均有較高要求，如eagleyard公司的分布反饋式（Distributor Feedback Bragg）半導(dǎo)體激光管的中心波長(zhǎng)為852nm，用于Cs原子的冷卻與俘獲，線寬可以達(dá)到1MHZ以下，自由空間出光功率最大可達(dá)150mW。除此之外，eagleyard現(xiàn)有的分別對(duì)應(yīng)Rb原子D1和D2躍遷吸收線的795nm和780nm半導(dǎo)體激光管產(chǎn)品在冷原子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中也均有優(yōu)異的表現(xiàn)。
      當(dāng)然，由于產(chǎn)品指標(biāo)的優(yōu)越和工藝的復(fù)雜性，分布反饋式的激光管往往在成本上不那么容易被接受，而且分布反饋式激光管在出廠時(shí)中心波長(zhǎng)已經(jīng)確定，標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品只能對(duì)應(yīng)若干種原子的躍遷吸收譜線，而且“波長(zhǎng)可調(diào)”范圍比較小，對(duì)于一些使用其他物質(zhì)粒子做實(shí)驗(yàn)的研究者來(lái)說(shuō)，具有一定的局限性。為解決此問(wèn)題，eagleyard公司推出了使用獨(dú)特鍍膜工藝用于外腔結(jié)構(gòu)的激光管產(chǎn)品—RWE系列產(chǎn)品，RWE系列產(chǎn)品是在脊?fàn)畈▽?dǎo)的基礎(chǔ)上通過(guò)在芯片出光端面鍍?cè)鐾改て茐男酒瑑?nèi)部的諧振腔結(jié)構(gòu)從而使輸出光譜范圍增大，覆蓋大多數(shù)常用的原子躍遷吸收譜線。研究者通過(guò)增加外腔結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)出需要的波長(zhǎng)，并實(shí)現(xiàn)到KHZ水平超窄線寬可媲美DFB激光管出光質(zhì)量的光譜輸出。值得一提的是eagleyard RWE系列產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)40mW~50mW的出光功率（加腔后）并極具價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
      另外，由于激光冷卻，俘獲與操控原子的需要，半導(dǎo)體激光器的輸出功率偏小一直是一個(gè)較大的問(wèn)題。通過(guò)搭配使用eagleyard公司已商用化的半導(dǎo)體錐形放大器（Tapered Amplifier），能夠在種子光輸入功率很小的情況下，實(shí)現(xiàn)高達(dá)2W的功率輸出。eagleyard目前能提供對(duì)應(yīng)多種原子躍遷吸收譜線的半導(dǎo)體錐形放大器產(chǎn)品，被廣泛的用于激光冷卻與俘獲原子的實(shí)驗(yàn)裝置中。
      在激光冷卻原子的實(shí)驗(yàn)中，冷卻和俘獲同樣一種原子通常需要使用兩束不同頻率的激光，分別稱(chēng)之為冷卻光和再抽光。冷卻光的作用是對(duì)原子產(chǎn)生減速作用，它要求調(diào)諧到原子循環(huán)躍遷線上；再抽運(yùn)光是指把自發(fā)輻射落到基態(tài)的于冷卻光頻率失諧的其他精細(xì)能級(jí)上的原子重新抽運(yùn)到可供冷卻狀態(tài)的激光。在一個(gè)典型的冷原子實(shí)驗(yàn)中，一般需要同時(shí)冷卻和俘獲兩種物質(zhì)的原子，就需要四束波長(zhǎng)不同的激光來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些往往是通過(guò)一套由半導(dǎo)體激光器、注入鎖定激光器和半導(dǎo)體激光放大器來(lái)組成的激光系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。半導(dǎo)體激光器可以使用對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)物質(zhì)原子躍遷線的DFB激光管或是調(diào)諧范圍能覆蓋該原子躍遷譜線的RWE系列激光管來(lái)搭建外腔結(jié)構(gòu)，一般是使用Littrow結(jié)構(gòu)的外腔光柵反饋。另外，為了將激光器的頻率精確穩(wěn)定在工作物質(zhì)原子躍遷譜線上，需要對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行飽和吸收譜穩(wěn)頻。穩(wěn)頻后，不同頻率的激光分別注入鎖定從激光器，將得到的冷卻光再注入利用半導(dǎo)體錐形放大器搭建的TA系統(tǒng)進(jìn)行放大，從而用于工作物質(zhì)原子的冷卻和俘獲。
       激光冷卻、俘獲、操控原子以及相關(guān)的科學(xué)應(yīng)用研究在一段時(shí)間以來(lái)都是前沿量子光學(xué)研究中最活躍的領(lǐng)域，2012年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)花落此領(lǐng)域必將掀起國(guó)內(nèi)外又一輪相關(guān)研究的高潮。eagleyard將攜手國(guó)內(nèi)合作伙伴為前沿科學(xué)研究提供更實(shí)用的產(chǎn)品和更完善的本地化技術(shù)服務(wù)。

關(guān)于eagleyard
eagleyard是德國(guó)領(lǐng)先的650nm~1120nm高功率二極管供應(yīng)商。 其先進(jìn)的技術(shù)轉(zhuǎn)化成的性能優(yōu)秀、質(zhì)量可靠的半導(dǎo)體激光管產(chǎn)品，已占有前沿科研及工業(yè)領(lǐng)域大部分的市場(chǎng)份額，如激光原子冷卻，氣體檢測(cè)，光譜分析，傳感等領(lǐng)域。

關(guān)于Photonteck
富泰科技（香港）有限公司是一家專(zhuān)注于光電子領(lǐng)域，為光纖通信、射頻微波通信、太陽(yáng)能光伏和LED行業(yè)客戶(hù)提供產(chǎn)品分銷(xiāo)代理與技術(shù)咨詢(xún)服務(wù)的公司。

參考資料：
1、科學(xué)時(shí)報(bào)
2、《40K-87Rb原子冷卻的半導(dǎo)體激光系統(tǒng)》