在绝大多数人印象中，激光意味着切割、焊接，甚至是科幻电影中的高能武器，但在位于温州的浙江法拉第激光科技有限公司实验室内，激光扮演着截然不同的角色——它不是用来破坏的“巨锤”，而是用来感知的“绣花针”。
这里诞生的全自动稳频激光器，功率不及工业激光的百万分之一，却以极高的频率稳定性和精准度，成为连接微观量子世界与宏观应用的桥梁，一举打破了国外企业在该领域长达数十年的技术垄断，为我国量子科技的发展安上了精准的“中国心”。
用激光同原子对话
“谈到激光很多人第一时间想到的是激光切割或者电影中炫酷的激光武器，但我们的激光不同，我们用激光去和粒子对话。”浙江法拉第激光科技有限公司总经理刘珍峰说。
与常见的激光切割、焊接等高功率应用不同，法拉第激光采用的是“信息型”用法，而非“能量型”用法。传统激光切割机功率通常在几千瓦到上万瓦，而法拉第的全自动稳频激光器功率仅为几十毫瓦甚至1毫瓦，比传统激光低100万倍。
“我们利用的是激光的相干性好、单色性好等特性，通过精确控制激光频率，让它能和构成物质世界的最基本单元——原子‘对话’。”刘珍峰说。
原子世界是怎样的？就像地球围绕太阳旋转，电子也在绕着原子核运动，并且有固定的“轨道”。刘珍峰介绍，法拉第公司的激光通过用特定频率的光子敲击电子，让电子能够处于不同的能级，激光对能级跃迁的控制与探测可以感知粒子的量子态，从而测量出影响量子态的极弱电场或磁场等变化。
“很多人也许会疑惑为什么要这么精准地测量出粒子的跃迁频率和极弱电场的变化？这看着与我们的日常生活很远，但其实它离我们的生活很近。”刘珍峰表示，每个人几乎都用过GPS定位，它背后的原理就是接收天上的卫星信号，手机接收到信号后就能测出你同卫星的距离，而通过定位3颗以上卫星就能确定你处于地球上哪一个点，当接收到的时间越准，定位的精度就越高。要想传输的时间准确，就需要卫星里搭载的原子钟能更精准，而我们研究的稳频激光器就是保证原子钟精准的核心，但在此之前，这个“核心”一直都没能实现国产化突破。
做国产化稳频激光器
“我们的技术最开始来源于北京大学量子电子学研究所，量子作为现在高校里面研究的热点，需要使用激光器，然而高校的老师要研究就只能从国外采购激光器，这让我意识到中国人应该有自己的激光器。”刘珍峰表示，从那时起他们就坚定了要做一台国产化的稳频激光器。
2018年10月，温州激光与光电子协同创新中心及中心孵化企业——浙江法拉第激光科技有限公司注册成立，刘珍峰团队开始了长达7年的国产化之路。
要想精准测量出粒子的量子态就需要激光器极其稳定、精准，那么具体需要多“准”、多“稳”呢？答案超乎想象。
激光的本质是一种光波，有特定的波长。法拉第激光器要稳定的，就是这个波长的“刻度”。他们用了一个非常形象的对比：一根头发丝，每秒钟生长约4纳米（即4000皮米）。而他们的激光器，要求一整天的波长漂移量不能超过1个皮米！这还不够。“要与原子进行有效‘对话’，稳定性还得再提高一百万倍。”为此他们团队进行了上百次的测试，先后对产品进行了十次迭代升级。
此外，想要做到国产化，很多元件都必须是国内生产的，比如底层的元器件如发光元件。国外对这个工艺的研究已经长达30年，国内基本是从头开始，并且还要验证做出来的产品好不好。“我们为此联合了好几家公司一起开发这个发光元件，每一家只做其中的一步，但这个产品好不好，哪步好哪步不好，都需要我们安装多台激光器去验证。”刘珍峰表示，他们前后花了4年时间做这一个发光元件，其间改版了20余次，累计安装200台以上的激光器去验证这个元件。
如今法拉第制造的全自动稳频激光器，噪声控制方面可以将背景干扰降低上万倍，让量子信号清晰可辨，同时实现与国际顶尖水平相当的锁定精度，并且以成套设备交付，避免了用户自行组装的不确定性。“更重要的是，我们的激光器是全球首个拥有失锁后能自动重锁功能的激光器。”刘珍峰表示，“这就像给激光器装上了‘自动驾驶’和‘自我修复’系统，一旦受到干扰偏离轨道，几秒钟内就能自己找回去，能确保数年甚至更长时间的连续稳定工作。”
提前布局量子领域应用
法拉第激光器在功能上的突破，不仅打破了国外技术垄断，更在多个重要领域展现出应用潜力。
在5G通信领域，法拉第激光器可以为5G基站提供关键支持。“5G要求每秒钟分得更细，数据传输更快，这就需要极其精准的时钟。”刘珍峰解释道，“我们的激光器让原子钟精度大幅提升，为5G通信的高速稳定提供了保障。”
在探矿勘探领域，法拉第激光器的应用前景广阔。“传统探矿只能探测地下几百米，而我们的激光器可以探测到地下两公里甚至更深的矿藏。”刘珍峰举例说，“通过测量地球引力的变化，我们可以判断地下是否有金属矿藏，为国家资源勘探提供有力支持。”
展望未来，法拉第计划在提升现有产品性能的同时，还在拓展光学相干测量、气体检测等新领域。更长远的目标，是在国际量子激光领域占据领导地位。
“量子科技的爆发只是时间问题。而我们是量子设备中核心器件的提供商。”刘珍峰这样展望前景，“就像当年智能手机的爆发一样，量子测量、脑机接口等应用一旦突破，整个产业链将迎来井喷，而我们已经准备好了那束最精准的光。”
