北京大学电子学院陈景标教授团队在铯里德堡原子专用激光源领域取得重要突破

近日，电子学院陈景标教授团队在铯里德堡原子接收机核心激光源技术攻关中取得关键创新成果。相关研究论文“External Cavity Diode Laser at 509 nm for Cs Rydberg Atoms”正式发表于美国物理联合会（AIP）旗下应用物理期刊Journal of Applied Physics，标志着团队在量子精密测量专用激光光源领域的研究成果获得国际应用物理学界的高度认可。

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铯里德堡原子是量子精密测量、微波电场探测、原子雷达等领域的核心载体，509nm激光是实现铯里德堡原子双光子激发的关键光源。传统倍频激光方案存在系统庞大、成本高、稳定性不足等短板，同波段商用外腔激光器难以同时满足窄线宽、宽无跳模调谐、高稳定度的严苛指标，制约了里德堡原子雷达系统的小型化与实用化进程。

针对上述行业痛点，团队基于Littrow构型成功研制高性能509nm光栅外腔半导体激光器。通过定制化GaN基激光芯片、低噪声电路设计、2mK级高精度温控及前向反馈技术优化，实现多项核心性能突破：激光线宽达30.0±0.4kHz，达到同结构同类器件国际先进水平；无跳模调谐范围达152pm（176GHz），扫频速率高达57.6GHz/ms，可满足雷达接收机快速跳频需求；2.5小时自由运行波长波动小于1pm，输出功率5.08mW，系统具备结构紧凑、机械稳定性好、成本可控等突出优势。

（a）509nm外腔半导体激光器三维结构图；（b）509nm外腔半导体激光器实物照片

509nm外腔半导体激光器光束模式

（a）509nm外腔半导体激光器通过压电陶瓷扫描实现的波长调谐，无跳模连续波长调谐范围为145pm（168GHz）；（b）509nm外腔半导体激光器通过电流扫描实现的波长调谐，无跳模连续波长调谐范围为152pm（176GHz），频率扫描速率可达57.6GHz/ms。半导体激光器的工作温度稳定维持在23.5℃

509nm外腔半导体激光器自由运转时激光波长波动。在2.5小时内，其波动量小于1pm

两台相同的509nm外腔半导体激光器拍频数据（黑点）以及洛伦兹拟合曲线（红色曲线）。拍频线宽为42kHz，单台激光系统的线宽为30.0±0.4kHz

该成果高度适配铯里德堡原子接收机的技术要求，为基于里德堡原子的量子精密测量、微波感知、通信探测一体化等应用提供了高性能核心光源方案，有力推动相关领域从实验室研究向工程化、产业化落地转化。

陈景标团队长期深耕量子电子学、精密测量激光技术与量子传感核心器件研究，此次成果是团队在量子精密测量关键器件领域的又一重要创新。未来，团队将持续聚焦国家战略需求，深化核心技术攻关与成果转化，为我国量子科技高质量发展、实现高水平科技自立自强提供坚实技术支撑。