我國首個原子光學傳感器誕生
2014-06-13
日前，中科院長春光機所在國內首次研制出堿金屬原子光學傳感技術專用的795nm和894nm垂直腔面發射激光器。該器件采用完全自主的結構設計、材料生長和芯片工藝研制而成，芯片體積僅為0.05立方毫米。這些產品將應用于航天、國防以及民用領域，可作為核心光源用于芯片級原子鐘、原子磁力計、原子陀螺儀等堿金屬原子傳感器。
基于原子光學技術的精密傳感需要一些特定的波長，并且滿足窄線寬、低功耗、可直接調制、單模和穩定偏振態的光源來激發堿金屬原子。傳統燈泵浦光源方案的傳感器存在的體積大、功耗高、穩定性差等問題，一直是困擾原子光學傳感器小型化的主要難題。垂直腔面發射激光器作為一種新型的半導體激光器，具有窄線寬、低功耗、高調制頻率、小體積和容易集成等特征，使得原子光學器件的微型化和低功耗應用成為可能。
目前，國外只有個別實驗室和公司具有制作該類原子光學傳感器的能力。中科院長春光機所大功率半導體激光組在10余年研究基礎上，成功制備出性能符合要求的堿金屬原子光學傳感專用器件，器件高穩定單模態激光輸出高于0.2毫瓦，工作電流低于1.5毫安，功耗低于3毫瓦，工作溫度超過100℃，為國內原子傳感器的研制提供了必需的核心元器件并掌握了自主知識產權，目前正在與國內相關單位開展合作研究，促進芯片級原子傳感器的產品開發。這些產品將應用于精密計時技術、單兵衛星精確定位、長航時遠距離慣性導航、高靈敏度水下金屬磁場測量等。
基于原子光學技術的精密傳感需要一些特定的波長，并且滿足窄線寬、低功耗、可直接調制、單模和穩定偏振態的光源來激發堿金屬原子。傳統燈泵浦光源方案的傳感器存在的體積大、功耗高、穩定性差等問題，一直是困擾原子光學傳感器小型化的主要難題。垂直腔面發射激光器作為一種新型的半導體激光器，具有窄線寬、低功耗、高調制頻率、小體積和容易集成等特征，使得原子光學器件的微型化和低功耗應用成為可能。
目前，國外只有個別實驗室和公司具有制作該類原子光學傳感器的能力。中科院長春光機所大功率半導體激光組在10余年研究基礎上，成功制備出性能符合要求的堿金屬原子光學傳感專用器件，器件高穩定單模態激光輸出高于0.2毫瓦，工作電流低于1.5毫安，功耗低于3毫瓦，工作溫度超過100℃，為國內原子傳感器的研制提供了必需的核心元器件并掌握了自主知識產權，目前正在與國內相關單位開展合作研究，促進芯片級原子傳感器的產品開發。這些產品將應用于精密計時技術、單兵衛星精確定位、長航時遠距離慣性導航、高靈敏度水下金屬磁場測量等。
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