澳大利亚麦考瑞大学科研团队近日宣布，成功研发出一种革命性激光线宽压缩技术，可将激光线宽从10兆赫（MHz）压缩至1千赫（kHz），压缩效率达现有技术的数千倍。这一突破性成果发表于最新一期《APL光子学》杂志，被国际科学界誉为“激光技术领域的里程碑”，有望为量子计算、高精度原子钟、引力波探测等前沿领域提供关键支撑。
激光线宽：决定精密测量极限的核心参数
激光线宽是衡量激光频率稳定性和单色性的核心指标。线宽越窄，意味着激光频率波动越小、颜色越纯净，其应用场景也越精密。例如，在量子计算中，超窄线宽激光是实现量子比特精准操控的基础；在引力波探测中，线宽直接决定了干涉仪的测量灵敏度；而在全球定位系统（GPS）依赖的原子钟中，线宽压缩可显著提升时间计量精度。
传统线宽压缩技术主要依赖布里渊激光器，通过声波与光子的相互作用实现频率稳定。然而，该方法压缩效率有限，通常仅能将线宽压缩至原来的十分之一至百分之一，难以满足下一代精密测量设备的需求。
金刚石+拉曼效应：突破物理极限的创新路径
麦考瑞大学团队另辟蹊径，利用金刚石晶体的独特物理性质与“拉曼效应”实现了技术跃迁。拉曼效应是指激光光子与材料内部原子或分子振动相互作用后发生能量转移的现象，这一过程可被视为天然的“光谱滤波器”，能够过滤掉激光中频率不稳定的成分，输出更纯净的光束。
研究团队在一块仅数毫米大小的金刚石晶体中构建了高精度光学腔体，并输入一束线宽超过10兆赫的“噪声型”激光。通过精确调控激光与金刚石内部碳原子振动的相互作用，输出激光的线宽被压缩至1千赫——这一数值已接近当前检测设备的测量极限。
实验数据显示，新技术压缩效率较传统布里渊技术提升数千倍，且具备进一步优化的潜力。 论文第一作者、麦考瑞大学量子光学教授艾琳·卡特（Erin Carter）表示：“金刚石晶体的高热导率和低光学损耗特性，使其成为拉曼散射的理想介质。我们的方法不仅突破了传统技术的物理瓶颈，还为未来线宽压缩至赫兹级甚至更低开辟了道路。”
多领域应用前景：从量子计算机到宇宙探索
该技术的突破性意义在于其广泛的应用兼容性。在量子计算领域，超窄线宽激光可提升量子比特的相干时间，为构建大规模量子处理器扫清障碍；在高精度原子钟方面，线宽压缩可使时间测量误差降低至每亿年仅1秒，推动导航、通信和基础物理研究进入新纪元；而在引力波探测中，更稳定的激光将增强激光干涉仪对时空微小扭曲的感知能力，帮助科学家探测更遥远的宇宙事件。
此外，该技术还可应用于光通信、光谱分析和生物成像等领域。例如，在光通信中，窄线宽激光可减少信号失真，提升数据传输速率；在生物成像中，纯净激光光源可降低对活体样本的损伤，提高成像分辨率。
全球科学界热议：开启激光技术新范式
国际同行对这一成果给予高度评价。德国马普量子光学研究所专家汉斯·穆勒（Hans Müller）指出：“麦考瑞团队通过金刚石拉曼效应实现了线宽压缩的‘量子跃迁’，其技术简洁性与高效性令人惊叹。这一突破将重新定义精密测量领域的游戏规则。”
目前，研究团队正与欧洲核子研究中心（CERN）和美国国家标准与技术研究院（NIST）合作，探索将该技术集成至下一代引力波探测器“爱因斯坦望远镜”和量子计算原型机中。卡特教授透露：“我们已在实验室中观察到线宽进一步压缩的迹象，未来三年内有望实现百赫兹级突破。”
从微观量子世界到宏观宇宙探索，激光线宽的万倍压缩不仅是一项技术革新，更是人类突破感知极限的钥匙。随着这一成果的逐步落地，一个更精准、更互联的科技未来正加速到来。
