在絕大多數人印象中，激光意味著切割、焊接，甚至是科幻電影中的高能武器，但在位於(yu) 溫州的浙江法拉第激光科技有限公司實驗室內(nei) ，激光扮演著截然不同的角色——它不是用來破壞的“巨錘”，而是用來感知的“繡花針”。

這裏誕生的全自動穩頻激光器，功率不及工業(ye) 激光的百萬(wan) 分之一，卻以極高的頻率穩定性和精準度，成為(wei) 連接微觀量子世界與(yu) 宏觀應用的橋梁，一舉(ju) 打破了國外企業(ye) 在該領域長達數十年的技術壟斷，為(wei) 我國量子科技的發展安上了精準的“中國心”。

用激光同原子對話

“談到激光很多人第一時間想到的是激光切割或者電影中炫酷的激光武器，但我們(men) 的激光不同，我們(men) 用激光去和粒子對話。”浙江法拉第激光科技有限公司總經理劉珍峰說。

與(yu) 常見的激光切割、焊接等高功率應用不同，法拉第激光采用的是“信息型”用法，而非“能量型”用法。傳(chuan) 統激光切割機功率通常在幾千瓦到上萬(wan) 瓦，而法拉第的全自動穩頻激光器功率僅(jin) 為(wei) 幾十毫瓦甚至1毫瓦，比傳(chuan) 統激光低100萬(wan) 倍。

“我們(men) 利用的是激光的相幹性好、單色性好等特性，通過精確控製激光頻率，讓它能和構成物質世界的最基本單元——原子‘對話’。”劉珍峰說。

原子世界是怎樣的？就像地球圍繞太陽旋轉，電子也在繞著原子核運動，並且有固定的“軌道”。劉珍峰介紹，法拉第公司的激光通過用特定頻率的光子敲擊電子，讓電子能夠處於(yu) 不同的能級，激光對能級躍遷的控製與(yu) 探測可以感知粒子的量子態，從(cong) 而測量出影響量子態的極弱電場或磁場等變化。

“很多人也許會(hui) 疑惑為(wei) 什麽(me) 要這麽(me) 精準地測量出粒子的躍遷頻率和極弱電場的變化？這看著與(yu) 我們(men) 的日常生活很遠，但其實它離我們(men) 的生活很近。”劉珍峰表示，每個(ge) 人幾乎都用過GPS定位，它背後的原理就是接收天上的衛星信號，手機接收到信號後就能測出你同衛星的距離，而通過定位3顆以上衛星就能確定你處於(yu) 地球上哪一個(ge) 點，當接收到的時間越準，定位的精度就越高。要想傳(chuan) 輸的時間準確，就需要衛星裏搭載的原子鍾能更精準，而我們(men) 研究的穩頻激光器就是保證原子鍾精準的核心，但在此之前，這個(ge) “核心”一直都沒能實現國產(chan) 化突破。

做國產(chan) 化穩頻激光器

“我們(men) 的技術最開始來源於(yu) 北京大學量子電子學研究所，量子作為(wei) 現在高校裏麵研究的熱點，需要使用激光器，然而高校的老師要研究就隻能從(cong) 國外采購激光器，這讓我意識到中國人應該有自己的激光器。”劉珍峰表示，從(cong) 那時起他們(men) 就堅定了要做一台國產(chan) 化的穩頻激光器。

2018年10月，溫州激光與(yu) 光電子協同創新中心及中心孵化企業(ye) ——浙江法拉第激光科技有限公司注冊(ce) 成立，劉珍峰團隊開始了長達7年的國產(chan) 化之路。

要想精準測量出粒子的量子態就需要激光器極其穩定、精準，那麽(me) 具體(ti) 需要多“準”、多“穩”呢？答案超乎想象。

激光的本質是一種光波，有特定的波長。法拉第激光器要穩定的，就是這個(ge) 波長的“刻度”。他們(men) 用了一個(ge) 非常形象的對比：一根頭發絲(si) ，每秒鍾生長約4納米（即4000皮米）。而他們(men) 的激光器，要求一整天的波長漂移量不能超過1個(ge) 皮米！這還不夠。“要與(yu) 原子進行有效‘對話’，穩定性還得再提高一百萬(wan) 倍。”為(wei) 此他們(men) 團隊進行了上百次的測試，先後對產(chan) 品進行了十次迭代升級。

此外，想要做到國產(chan) 化，很多元件都必須是國內(nei) 生產(chan) 的，比如底層的元器件如發光元件。國外對這個(ge) 工藝的研究已經長達30年，國內(nei) 基本是從(cong) 頭開始，並且還要驗證做出來的產(chan) 品好不好。“我們(men) 為(wei) 此聯合了好幾家公司一起開發這個(ge) 發光元件，每一家隻做其中的一步，但這個(ge) 產(chan) 品好不好，哪步好哪步不好，都需要我們(men) 安裝多台激光器去驗證。”劉珍峰表示，他們(men) 前後花了4年時間做這一個(ge) 發光元件，其間改版了20餘(yu) 次，累計安裝200台以上的激光器去驗證這個(ge) 元件。

如今法拉第製造的全自動穩頻激光器，噪聲控製方麵可以將背景幹擾降低上萬(wan) 倍，讓量子信號清晰可辨，同時實現與(yu) 國際頂尖水平相當的鎖定精度，並且以成套設備交付，避免了用戶自行組裝的不確定性。“更重要的是，我們(men) 的激光器是全球首個(ge) 擁有失鎖後能自動重鎖功能的激光器。”劉珍峰表示，“這就像給激光器裝上了‘自動駕駛’和‘自我修複’係統，一旦受到幹擾偏離軌道，幾秒鍾內(nei) 就能自己找回去，能確保數年甚至更長時間的連續穩定工作。”

提前布局量子領域應用

法拉第激光器在功能上的突破，不僅(jin) 打破了國外技術壟斷，更在多個(ge) 重要領域展現出應用潛力。

在5G通信領域，法拉第激光器可以為(wei) 5G基站提供關(guan) 鍵支持。“5G要求每秒鍾分得更細，數據傳(chuan) 輸更快，這就需要極其精準的時鍾。”劉珍峰解釋道，“我們(men) 的激光器讓原子鍾精度大幅提升，為(wei) 5G通信的高速穩定提供了保障。”

在探礦勘探領域，法拉第激光器的應用前景廣闊。“傳(chuan) 統探礦隻能探測地下幾百米，而我們(men) 的激光器可以探測到地下兩(liang) 公裏甚至更深的礦藏。”劉珍峰舉(ju) 例說，“通過測量地球引力的變化，我們(men) 可以判斷地下是否有金屬礦藏，為(wei) 國家資源勘探提供有力支持。”

展望未來，法拉第計劃在提升現有產(chan) 品性能的同時，還在拓展光學相幹測量、氣體(ti) 檢測等新領域。更長遠的目標，是在國際量子激光領域占據領導地位。

“量子科技的爆發隻是時間問題。而我們(men) 是量子設備中核心器件的提供商。”劉珍峰這樣展望前景，“就像當年智能手機的爆發一樣，量子測量、腦機接口等應用一旦突破，整個(ge) 產(chan) 業(ye) 鏈將迎來井噴，而我們(men) 已經準備好了那束最精準的光。”