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长春光机所在量子陀螺专用垂直腔面发射激光器研制和应用方面取得进展
2022-03-10 发光室 周寅利
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  量子陀螺是一种应用前景广阔的新型量子传感器,能够大幅度提高多种载体的导航精度。作为量子陀螺的理想光源,垂直腔面发射激光器(Vertical cavity surface emitting laser, VCSEL)具有体积极小,工作电流低,可非致冷工作、激光光斑与原子系统可直接耦合等优势。 

  长春光机所大功率半导体激光器研发团队在王立军院士、宁永强研究员的领导下,近年来一直深耕量子传感专用VCSEL芯片研发,于2014年在国内首次研制出原子钟专用高温VCSEL芯片,填补了国内空白。近日,团队又在量子陀螺专用VCSEL芯片研发方面取得突破,通过解决VCSEL的模式稳定性和输出功率相互制约的关键问题,实现大氧化孔径下VCSEL的单模工作。研制出的器件在80下输出功率达到4.1 mW,边模抑制比41.68dB,正交偏振抑制比27. 6dB,该芯片作为量子陀螺的光源,测试效果良好,说明其具有较好的实际应用价值。相关结果以Large-aperture single-mode 795 nm VCSEL for chip-scale nuclear magnetic resonance gyroscope with an output power of 4.1 mW at 80°C为题发表在Optics ExpressDOI: 10.1364/OE.450118)上,全文链接(https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-30-6-8991&id=470072)。论文的第一作者是我所发光室周寅利助理研究员,通讯作者分别是长光时空公司总经理张星、北航刘占超副教授。该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。 

  图:(aVCSEL在不同温度下的P-I-V特性曲线,内插图为芯片实物图,(b80℃不同电流下VCSEL的近场光斑,(cVCSEL的光谱特性,(dVCSEL的偏振特性,(e)采用VCSEL作为泵源的量子陀螺仪信噪比测试结果。

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