北京大学电子学院陈景标教授团队在量子锁模激光器研究领域取得重大突破，成功利用原子滤光器实现了法拉第激光器的锁模运转，相关成果发表在《applied physics letters》期刊并被选为“编辑精选”。
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图1：论文截图
传统锁模激光器多采用宽谱响应元件（如SESAM、CNT、石墨烯等）产生宽光谱、高能量短脉冲，缺乏量子特性。而利用双频或多频激光与原子相互作用，能显著增强光谱信号的幅度和信噪比。然而，传统宽光谱锁模激光器功率冗余且易导致频率偏移，影响光谱精度。因此，开发具有可调重复率和窄光谱的锁模激光器至关重要。
陈景标教授团队巧妙地利用法拉第原子滤光器的量子特性——其仅对与原子量子跃迁频率共振的光具有窄带透射和可饱和吸收特性——在法拉第激光器中获得了GHz量级光谱宽度的锁模脉冲，其中心波长精确对应原子跃迁频率。
图2：原子滤光器的量子特性和量子锁模法拉第激光器实验装置图
此外，原子气室对非共振波长的光具有慢光效应，使锁模重复频率可远超物理腔长限制。理论计算和实验结果表明，气室温度影响群速度折射率（约11~14），从而调节重复频率。例如，在相同腔长下，97℃和101℃气室温度分别对应261 MHz和228 MHz的重复频率，光谱中心波长均与87Rb 52S1/2F=2→52P3/2多普勒吸收峰一致。
图3：法拉第激光在气室温度为97°C（左栏）和101°C（右栏）时的锁模输出特性
这项研究由陈景标教授领导，高志红博士为第一作者，张志刚教授、王志洋博士和刘子捷博士参与研究，并获得多项国家级项目的资助。该技术将为原子高精密光谱技术、量子精密测量和高功率光放大等领域提供新型光源。
