研究目的
为基于卫星的实验开发紧凑高效的激光系统，特别是在CubeSat环境中通过二次谐波产生实现铷原子冷却。
研究成果
所开发的Zn:MgO:PPLN脊形波导展现出高转换效率与低插入损耗特性，适用于卫星实验中紧凑且坚固的激光系统。其包含韧性切割工艺在内的制造流程，有效提升了波导在空间应用中的性能与可靠性。
研究不足
该研究聚焦于非增透膜涂层的波导及其在特定条件下的性能表现；针对不同环境或应用场景可能需进一步优化。
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[IEEE 2019欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 基于Zn:MgO:PPLN波导的立方星铷冷原子阱量子重力测量技术
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[IEEE 2019欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 基于Zn:MgO:PPLN波导的立方星铷冷原子阱量子重力测量技术
DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8871679
出版年份：2019
更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要：
基于卫星的实验需要紧凑高效、能抵抗振动、辐射和热循环的激光系统。在英国创新署量子技术"冷原子空间载荷(CASPA)"项目支持下，我们制备了PPLN(周期性极化铌酸锂)脊形波导，通过电信激光器的二次谐波产生(SHG)实现铷原子冷却的高效频率转换。CASPA是微立方星磁光冷却的技术演示器，为新型重力测量和全球定位技术奠定基础。
针对特定运行环境，我们采用金属扩散和切割工艺开发了单模脊形波导。PPLN脊形波导制备流程：首先对z切掺镁铌酸锂进行高压极化，然后沉积锌并进行热扩散形成平面光约束，最后通过超精密延性切割定义脊形波导和耦合面。未镀增透膜的波导实现了最高22.0%的光-光转换效率，在203 mW泵浦功率下产生44.7 mW二次谐波。x/y轴二阶矩模场直径分别为10.8 μm和10.0 μm，可与标准通信光纤高效模式匹配。
自由空间测试显示：4 cm长未镀膜波导的平均插入损耗为-1.3 dB(多芯片测试)。与其他脊形PPLN波导相比，比5 cm键合减薄器件改善3.7 dB，较1 cm质子交换器件提升1.9 dB。低插入损耗源于对称泵浦模式的高效匹配及波导侧壁粗糙度引起的低散射。单步延性切割工艺使波导端面平均表面粗糙度达0.29 nm(Sa)。
作者：
Lewis G. Carpenter，Sam A. Berry，Thomas H. Legg，Mark C. Farries，Chloe J. Watson，Rex H.S. Bannerman，Alan C. Gray，Christopher Holmes，James C. Gates，Peter G.R. Smith，Corin B.E. Gawith
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