左：钍-229同质异能态跃迁附近非线性极化率和相位匹配函数。右：钍-229同质异能态跃迁附近真空紫外激光输出功率。

本报讯 核光钟是一种通过真空紫外激光诱导钍-229原子核跃迁，并利用频率梳技术计数激光电磁振荡周期来计量时间的新型时钟系统。理论上，在3000亿年的时间尺度上，它的测量误差不会超过1秒。然而，无法研制出能激发核跃迁的连续波激光光源，是研制核光钟的道路上的一个核心瓶颈。

在此背景下，物理系丁世谦副教授团队成功研制出148纳米连续波超窄线宽激光光源，并将超稳激光技术推进至真空紫外波段，让核光钟研制从理论走向现实。

研究成果近日以“连续波窄线宽真空紫外激光光源”为题，在线发表于《自然》（Nature）期刊。美国物理学会旗下Physics杂志同期刊发评论文章专题解读。

传统技术路线通常依赖非线性晶体频率转换，但在更短波长的真空紫外区域可用材料与器件工艺长期受限。研究团队创新性地使用四波混频技术，选定镉蒸气作为非线性介质，成功研制出148纳米连续波窄线宽真空紫外激光，其目标波段输出功率超过100纳瓦且在140至175纳米区间具备连续可调谐能力，与之前的单频真空紫外光源相比线宽降低了近百万倍。

此前学界普遍认为，用于产生激光的热金属蒸气中原子的高速运动和频繁碰撞，可能会严重破坏光的相干性，然而，团队的实验数据表明，这些千兆赫兹量级的多普勒与碰撞展宽并不会在四波混频中引入额外的相位噪声。这意味着，输出真空紫外光场的相干性主要受基频激光频率稳定度支配，从而首次将超稳激光技术拓展至真空紫外波段，也为面向其他关键波长与更高性能指标的相干真空紫外光源进一步发展奠定了基础。

这项成果不仅意味着未来有望诞生精准稳定的核光钟，它所开辟的全新技术路线与平台更有望支撑前沿物理、量子科技与高端制造等基础研究和实用领域的创新发展。

丁世谦为论文通讯作者，清华大学未央书院2021级本科生肖琦、物理系2023级博士生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为共同第一作者。

（物理系）