近日，北京量子信息科学研究院兼聘研究员、清华大学副教授丁世谦团队在连续波真空紫外光源方面取得重大突破，成功研制出148nm连续波超窄线宽激光光源，首次将超稳激光技术推进至真空紫外波段，攻克了核光钟研制的“最后一个核心瓶颈”。该光源在目标波段输出功率超过100nW，线宽远低于100Hz，且在140至175nm区间具备连续可调谐能力。与此前已报道的单频真空紫外光源相比，其线宽降低了近百万倍，可满足钍-229核光钟研制与核跃迁量子相干操控的核心需求。2026年2月11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。
光钟提供了最精确的时间频率基准，在导航与基础物理规律检验等方向具有重要战略价值。原子光钟以电子跃迁为参考，对外界电磁环境较为敏感，且依赖超高真空、激光冷却与囚禁等复杂实验装置，制约了其在实验室外的推广应用。近两年快速发展的核光钟研究提出，以钍-229原子核在148nm真空紫外波段的低能核跃迁为基准，以核跃迁替代电子跃迁，有望带来光钟原理层面的范式升级。由于原子核尺寸与电磁极矩远小于原子，核跃迁对外部扰动显著不敏感，使得核光钟兼具极高精度、强抗环境扰动能力以及便携可工程化潜力，被普遍认为是当今量子精密测量领域的战略性前沿方向。
核光钟研制的关键瓶颈在于缺乏148nm连续波激光。为此，美国国防高级研究计划局(DARPA)于2025年启动SUNSPOT计划，面向148nm连续波光源开展专项攻关。研究团队突破主流的非线性晶体路线，从理论上提出基于金属蒸气四波混频的连续波真空紫外产生方案，在美国SUNSPOT计划立项前即率先在实验上实现148nm连续波输出，并将线宽较此前单频真空紫外激光降低近六个数量级。该成果将为钍-229核跃迁的高分辨谱学与量子相干操控提供关键光源支撑，补齐了核光钟研制的最后一块拼图。
值得一提的是，研究团队开发了在极低激光功率条件下仍可稳定工作的相位探测方法，并从实验上发现热金属蒸气中GHz量级的多普勒与碰撞展宽并不会在四波混频过程中引入额外相位噪声。这一发现表明，输出真空紫外光场的相干性主要受基频激光稳定度支配，从而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。
该光源平台具备连续波运行、相干性优异和宽范围可调谐等特点，除服务核光钟外，还可作为通用真空紫外相干光源平台，支撑铝离子原子光钟等量子精密测量研究，并服务量子信息相关实验、凝聚态角分辨光电子能谱及高分辨真空紫外谱学等前沿应用。面向半导体关键材料与工艺的真空紫外计量、芯片检测与机理研究需求，该平台有望推动高端测试表征装备与关键部件的自主可控，增强产业链关键环节韧性。
该论文共同第一作者为清华大学2021级本科生肖琦、2023级博士研究生Gleb Penyazkov和北京量子院助理研究员李相良，通讯作者为北京量子院兼聘研究员、清华大学副教授丁世谦。清华大学教授莫宇翔、中国计量科学研究院研究员林弋戈与北京量子院兼聘研究员、清华大学教授尤力等为本工作作出重要贡献。该研究得到国家自然科学基金、北京市科技计划和清华大学“笃实计划”的支持。
