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德国研发出世界上最小线宽的激光器 仅10 mHz
发表时间:2018-03-18 17:02

激光器是精密的代名词,但一般来说,其还有改进的余地。“完美”的激光器会在一个特定的波长发出一种光。光从激光器中射出,激光起振后,会有一个或多个纵模产生,每个纵模的频率的范围就是激光的“线宽”。尽可能缩窄线宽是激光研究的目标之一,现在德国研究人员已经开发出了世界上最小线宽的激光器,线宽仅为10 mHz(0.01 Hz)。

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通常,最好的激光器可以具有窄到几kHz的线宽,但是对于特别精确的仪器,如光学原子钟,就需要将之进一步收窄。另一种衡量激光束质量的方式是光频率的稳定性:在过了一段时间之后,光波的震荡会出现不同步,因此一束激光能维持更长的“完美”时间,其质量也就愈佳。

来自德国联邦物理技术研究院(PTB)和美国天体物理联合实验室(JILA)的科学家共同研发的新型激光器在这两个领域均表现优异。除了其10 mHz的极小线宽,其光波能持续11秒保持稳定,此时光束延伸约330万公里,约是地月距离的10倍。

事实上,新的激光器非常精确的,难以与现有的激光器进行比较,为了证明它的价值,团队研发了两个激光器,并将它们相互比较。这两个设备由Fabry-Pérot硅谐振器制成,包含两个彼此相对的固定反射镜。由于谐振器的长度决定了光波的频率,所以研究人员利用长21cm的谐振器来获得理想的激光束。 研究人员通过这样精确的测量,使仪器不受其他因素干扰,例如压力,振动和温度。

研究人员正在利用这种极小线宽的新型激光器来制造更准确的原子钟,并对超冷原子进行更精确的测量。研究人员认为,通过调整反射镜的组成并找到降低谐振器内部温度的方法,线宽能进一步收窄,甚至可以达到1 mHz以下。

这项研究成果发表在《物理评 论快报》(Physical Review Letters)杂志上。


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