日前，中科院長春光機(jī)所在國內(nèi)首次研制出堿金屬原子光學(xué)傳感技術(shù)專用的795nm和894nm 垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)。該器件采用完全自主的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(0.5mmx0.5mmx0.2mm)。器件高穩(wěn)定單模態(tài)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℃，可作為核心光源用于芯片級原子鐘、原子磁力計(jì)、原子陀螺儀等堿金屬原子傳感器。
基于原子光學(xué)技術(shù)的精密傳感需要一些特定的波長(如795nm和894nm等)并且滿足窄線寬、低功耗、可直接調(diào)制、單模和穩(wěn)定偏振態(tài)的光源來激發(fā)堿金屬原子。傳統(tǒng)燈泵浦光源方案的傳感器存在的體積大、功耗高、穩(wěn)定性差等問題一直是困擾原子光學(xué)傳感器小型化的主要難題。垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)作為一種新型的半導(dǎo)體激光器，具有窄線寬、低功耗、高調(diào)制頻率、小體積和容易集成等特征，因此基于VCSEL的相干布居俘獲(CPT)方法使得原子光學(xué)器件的微型化和低功耗應(yīng)用成為可能。
目前，國外只有個(gè)別實(shí)驗(yàn)室和公司具有制作該類原子光學(xué)傳感器專用VCSEL的能力。中科院長春光機(jī)所大功率半導(dǎo)體激光組在十余年研究基礎(chǔ)上成功制備出性能符合要求的VCSEL器件，為國內(nèi)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(chǎn)權(quán)，目前正在與國內(nèi)相關(guān)單位開展合作研究，促進(jìn)芯片級原子傳感器的產(chǎn)品開發(fā)。這些產(chǎn)品將應(yīng)用于航天、國防以及民用領(lǐng)域，例如：精密計(jì)時(shí)技術(shù)、單兵衛(wèi)星精確定位，長航時(shí)遠(yuǎn)距離慣性導(dǎo)航，高靈敏度水下金屬磁場測量等。
795nm VCSEL 芯片(左)和TO46封裝器件(右)
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