在由德国联邦教育和研究部 (BMBF) 资助的联合项目“HiFi — 基于创新激光、光纤和生产技术的最高保真度高度集成量子变频器”中，研究人员正在致力于实现所有必要的技术，为初始测试轨道提供高效率和低噪声的量子频率转换器(QFK)。
弗劳恩霍夫应用固体物理研究所 IAF 成功开发了基于锑化镓 (GaSb) 的垂直外腔表面发射激光器 (VECSEL)，为该项目做出了贡献。这些是光泵浦、表面发射半导体激光器，具有外部谐振器和用于波长选择的腔内滤波器。
“我们作为 HiFi 的一部分开发的 VECSEL 是光谱窄带泵浦源，根据所使用的量子位的输出波长，具体覆盖 1.9 至 2.5 µm 之间的波长，并实现高达 2.4 W 的输出功率，绝对值波长稳定性小于2 fm。这对应于低于 100 kHz 的频率稳定性，显然低于频率稳定性等级 1E-9，”HiFi 子项目协调员兼 Fraunhofer IAF 光电部门负责人 Marcel Rattunde 说道。
他说，通过与 MENLO Systems 的合作，创造了此类激光器的国际纪录。“我们一起将盘式激光器锁定到频率梳，频率梳又与 10 MHz 参考耦合，”Rattunde 说。
在实验中，研究人员将发射波长精确设置为目标波长，以便在萨尔大学光纤链路(2062.4 nm)进行演示实验，弗劳恩霍夫 IAF 已将激光模块移交给该大学。除了功率缩放之外，Fraunhofer IAF 在 HiFi 项目中最重要的研究任务是精确了解激光器的模式行为以及噪声源的识别和消除。
在量子频率转换中，通过非线性光学晶体中的差频过程从信号光子中减去泵浦光子的能量。为了确保低噪声过程，泵浦光子的能量必须低于目标波长(通常为1550 nm)，否则泵浦激光器会因寄生效应而在输出信号中产生光子。
与 MENLO 频率梳相结合，弗劳恩霍夫 IAF 开发的 VECSEL 满足了量子频率转换的高要求，因为它们的窄带宽和波长稳定性可防止泵浦波长的波动，从而防止量子位的目标波长发生变化。如果存在高于自然线宽的偏差，量子位将不再难以区分，这将消除后续量子力学处理的基本要求。
该研究将于 4 月 7 日至 11 日在斯特拉斯堡举行的 SPIE Photonics Europe 上展示。
