隨著量子技術(shù)逐漸進(jìn)入海洋聪姿、太空等惡劣環(huán)境中，設(shè)備的穩(wěn)定性正遭受著考驗(yàn)乙嘀。PPLN作為量子技術(shù)中的一顆新星咳燕，在波長轉(zhuǎn)換等方面活躍于原子鐘、重力儀等應(yīng)用乒躺。經(jīng)過多項測試招盲，PPLN展現(xiàn)出較好的環(huán)境魯棒性并保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換效率。
ppln應(yīng)用于惡劣環(huán)境中的波長轉(zhuǎn)換
對于包括以下領(lǐng)域在內(nèi)的諸多重要應(yīng)用而言嘉冒，當(dāng)下亟需新一代的計時和傳感解決方案：
自主導(dǎo)航與慣性傳感（用于GPS受限環(huán)境）
重力與磁場傳感（包括地球軌道環(huán)境監(jiān)測和陸地場地勘查）
提供這些解決方案的下一代技術(shù)利用了量子效應(yīng)曹货，其中的關(guān)鍵推動因素是基于銣原子的磁光阱（Rb-MOT）咆繁。磁光阱使得“冷原子”能夠用作超精密原子鐘以及用于測量加速度的超靈敏傳感器。[1] 這些傳感和計時應(yīng)用要求量子技術(shù)“走出實(shí)驗(yàn)室”顶籽，并以強(qiáng)大的形式能夠在偏遠(yuǎn)和惡劣的環(huán)境（陸地玩般、海洋、空中或太空）中部署和操作礼饱。
波長轉(zhuǎn)換
周期性極化鈮酸鋰（PPLN）是一種非線性光學(xué)晶體坏为，可用于改變激光的波長。對于量子應(yīng)用镊绪，PPLN 能夠?qū)F(xiàn)成的激光器轉(zhuǎn)換為原子或離子特定的波長匀伏，而波長通常很難直接獲得。對于銣原子阱蝴韭，PPLN 能夠?qū)⑿袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn) 1560 nm 光通信激光器轉(zhuǎn)換為銣原子冷卻所需的780 nm波長够颠。這種方法對于在太空等惡劣環(huán)境中的運(yùn)行特別有吸引力，因?yàn)楣馔ㄐ挪ǘ蔚募す馄骺煽块怨搪哪ィ⑶翌~定運(yùn)行時間可達(dá)數(shù)千小時。
PPLN的波導(dǎo)可以提供高達(dá)70%的轉(zhuǎn)換效率庆尘，并可在瓦特級運(yùn)行剃诅，這帶來了巨大優(yōu)勢，從而實(shí)現(xiàn)銣原子傳感測量的快速循環(huán)驶忌。
PPLN波導(dǎo)性能
為了在惡劣環(huán)境中展現(xiàn)PPLN波導(dǎo)的優(yōu)良性能综苔，以擔(dān)當(dāng)波長轉(zhuǎn)換的可行解決方案，有三個關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)
波導(dǎo)必須提供量子技術(shù)（Rb-MOT）所需的功率和轉(zhuǎn)換效率
必須提供光纖耦合封裝位岔，將技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室推向市場如筛，并提供即插即用的系統(tǒng)集成
波導(dǎo)封裝必須表現(xiàn)出長期可靠的運(yùn)行，并能夠承受其將要接觸的環(huán)境條件（熱抒抬、振動杨刨、沖擊、輻射）擦剑。
Covesion采用了標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)成組件的波導(dǎo)封裝妖胀，并根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行了測試。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是惠勒，該光纖耦合模塊zui初并非設(shè)計用于承受惡劣環(huán)境赚抡，因此Covesion開展這項工作是為了評估其性能并為進(jìn)一步加固開發(fā)提供信息。
使用壽命和效率測試
Covesion波導(dǎo)模塊已證明可進(jìn)行長達(dá)1000小時的高效波長轉(zhuǎn)換纠屋。該模塊整體二次諧波產(chǎn)生（SHG）轉(zhuǎn)換效率高達(dá)50%涂臣，可以提供780nm所需的瓦特級輸出，以實(shí)現(xiàn)Rb-MOT傳感測量的快速循環(huán)。
使用壽命測試（>1000小時運(yùn)行）—SHG的輸出功率變化完全由放大器漂移引起
SNORQL項目的一個關(guān)鍵目標(biāo)是以Min的泵浦功率提供1W的SHG輸出赁遗，這是天基重力傳感的主要要求署辉。
高轉(zhuǎn)換效率 （2W 泵浦功率時高達(dá)50%）
環(huán)境測試
環(huán)境測試（熱、振動岩四、沖擊哭尝、輻射）已按照 MIL 標(biāo)準(zhǔn) (MIL-STD-883K) 進(jìn)行，以評估波導(dǎo)模塊的魯棒性以及進(jìn)一步加固的需求剖煌。
總體而言材鹦，盡管該模塊并非專為堅固耐用的操作而設(shè)計，但其性能仍表現(xiàn)良好耕姊。測試結(jié)果匯總?cè)绫硭就疤疲Y(jié)果分為 4 個封裝屬性；機(jī)械——指模塊外殼箩做；電氣——指內(nèi)部電氣連接；光路——指從光纖輸入到光纖輸出的光束路徑妥畏；波導(dǎo)芯片——指PPLN波導(dǎo)芯片邦邦。對于每個屬性，勾號表示該軟件包已通過特定的環(huán)境測試醉蚁，“D”表示需要進(jìn)一步的加強(qiáng)并且已確定開發(fā)路徑燃辖。
應(yīng)該指出的是，對于所有測試网棍，PPLN 波導(dǎo)芯片本身都通過了黔龟，沒有任何損壞跡象（破損、破裂等）滥玷，并且在測試前和測試后以相同的效率執(zhí)行 SHG氏身。這表明基礎(chǔ) PPLN 材料技術(shù)為惡劣環(huán)境下的運(yùn)行提供了穩(wěn)固的解決方案。
振動測試結(jié)果惑畴，振動前后SHG輸出功率蛋欣，該功率變化僅由于測量過程中的光耦合變化而導(dǎo)致的
該封裝的機(jī)械和電氣性能也經(jīng)受住了所有測試，表明該封裝的弱點(diǎn)（不出所料）是光路如贷。根據(jù)接觸不同的測試陷虎，光路以多種方式退化。光纖尾纖受到了熱損傷和輻射損傷杠袱，但通過使用耐高溫和抗輻射的光纖尚猿，這一問題很容易解決。而在振動和沖擊測試中楣富，輸入和輸出端的光纖尾纖的光耦合受到了損傷凿掂。因此，需要改進(jìn)波導(dǎo)和光纖支撐結(jié)構(gòu)纹蝴。通過工程上重新設(shè)計和使用優(yōu)化的粘接材料缠劝，已經(jīng)確定了一條低風(fēng)險的改進(jìn)路徑潮梯。
D-改進(jìn)路線已確認(rèn)
總結(jié)
Covesion通過參與由IUK（Innovate UK）資助的與英國和歐洲量子技術(shù)社區(qū)伙伴的合作項目，充分利用了其內(nèi)部投資惨恭。這使他們能夠?yàn)闈M足惡劣和對抗性環(huán)境中的應(yīng)用所需的穩(wěn)固波長轉(zhuǎn)換模塊開發(fā)出一條上市路線秉馏。這些模塊對于實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵量子應(yīng)用十分重要，包括：下一代原子鐘脱羡、超高靈敏度加速度計和重力計萝究。
Covesion已經(jīng)開展了一項廣泛的測試和開發(fā)計劃，以將 PPLN锉罐、光纖耦合波導(dǎo)模塊的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到包括太空在內(nèi)的惡劣環(huán)境帆竹。環(huán)境測試表明，通過適度的進(jìn)一步開發(fā)脓规，我們現(xiàn)有的波導(dǎo)封裝適合進(jìn)行加固栽连，并且已經(jīng)確定了一條低風(fēng)險的改進(jìn)路徑，以開發(fā)適合在包括太空認(rèn)證的惡劣環(huán)境中運(yùn)行的穩(wěn)固模塊侨舆。
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參考文獻(xiàn)
1. M. Odstrcil, et al., “Nonlinear ptychographic coherent diffractive imaging,” Optics Express, pp. 20245-20252, 2016.
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3. Diviya Devani, et al., “Gravity sensing: cold atom trap onboard a 6U CubeSat,” CEAS Space Journal, vol. 12, p. 539–549, 2020.
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5.Thomas A. Wright, et al, “Two-Way Photonic Interface for Linking the Sr+ transition at 422 nm to the Telecommunication,” Phys. Rev. Applied, vol. 10, p. 044012, 2018.
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