（来源：第三代半导体产业）
近日，由清华大学、北京量子信息科学研究院等机构研究人员组成的团队，在实验室内成功产生了波长148纳米的连续激光，并实现了对该激光频率的精密稳定控制。这项工作攻克了研制下一代“核光钟”所需的核心光源技术，将超稳激光的稳定波段首次从可见光、近红外拓展至极短波长的真空紫外区域。2月12日，这项成果登上《自然》杂志。
在时间计量科学中，更高精度、更稳定的“钟”是永恒追求。目前最高精度的原子钟依赖于原子外层电子的跃迁，但其精度易受外界电磁场扰动。科学界长期探索一条更具潜力的路径：基于原子核内部跃迁的“核光钟”。其中，钍-229原子核因其极低的激发态能量而被认为是理想候选。然而，操控其原子核跃迁，需要波长恰好为148纳米的连续、超稳激光光源。此前，国际上始终未能实现满足要求的激光输出，这成为核光钟从理论走向现实的最大技术瓶颈。
“产生148纳米的连续激光本身已极具挑战，而要在如此短的波长上实现极高的频率稳定性，更是难上加难。”论文通讯作者、清华大学副教授、北京量子信息科学研究院兼聘研究员丁世谦指出。其团队采用非线性光学中的“四波混频”技术，在约600摄氏度的镉金属蒸气中，将两束较长波长的激光高效转换为148纳米激光。
研究中的一个关键发现是，在高温、高密度的镉蒸气中，原子剧烈碰撞并未如通常预期那样引入显著噪声，反而成功实现了低噪声的激光频率转换与输出。经过三年多攻关，团队最终不仅获得了148纳米连续激光，更成功将激光线宽（频率稳定性的关键指标）稳定至赫兹量级。这意味着激光的频率波动被控制在极低水平，完全达到了操控原子核跃迁、用于精密计时所需的稳定性标准。
图1：镉原子共振增强四波混频过程；图2：实验示意图；图3：相机拍摄到的真空紫外光斑和干涉条纹
这项激光技术的突破，为核光钟的研制扫清了核心障碍。与基于外层电子的原子钟相比，原子核对外部环境干扰极不敏感，理论上，核光钟有望在更宽松的环境下实现甚至更高的精度与稳定度，对于发展下一代便携化、高精度时间频率系统具有重要意义。
展望未来，研究团队表示，下一阶段将致力于优化激光系统的集成度与可靠性，着手探索基于此光源的核钟物理实验系统。当前实验装置占地数平方米，未来有望通过技术集成缩小至机箱尺寸，为其走向实用奠定基础。该高性能真空紫外激光光源平台，除服务于时间计量外，还将在量子精密测量、极紫外光刻检测、基础物理研究等领域提供关键工具。
北京时间2026年2月12日，相关成果以“连续波窄线宽真空紫外激光光源”(Continuous-wave narrow-linewidth vacuum ultraviolet laser source)为题，在线发表于国际顶尖期刊《自然》（Nature），美国物理学会（APS）旗下Physics杂志（Physics Magazine）同期在Viewpoint栏目刊发评论文章专题解读。
该论文的共同第一作者为清华大学未央书院2021级本科生肖琦、物理系2023级博士研究生庞亚克（Gleb Penyazkov，国际学生）和北京量子信息科学研究院助理研究员李相良，通讯作者为清华大学物理系副教授、北京量子信息科学研究院兼聘研究员丁世谦。这是丁世谦实验室成立四年多来的首项实验成果，同时也实现了本科生作为第一作者在国际顶尖期刊发表工作的突破，体现了团队在重大任务牵引下的拔尖人才培养成效。清华大学物理系教授莫宇翔、中国计量科学研究院研究员林弋戈与清华大学物理系教授尤力等也为本工作作出了重要贡献。该研究得到了国家自然科学基金、北京市科技计划和清华大学“笃实计划”的支持。
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