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    本文重点先容超稳激光方案。以法布里-珀罗光学谐振腔(如下简称FP腔)为频率参考的超稳激光方案，因其于机能极致性、布局矫捷性与运用适配广泛性上拥有怪异上风，正逐渐成为高端周详丈量范畴的主流选择。

FP腔的脚色改变汗青：

从干预干与元件到稳频基准

1899年，法布里（charles Fabry）及珀罗（Alfred Perot）针对于 双平行反射镜面组成的谐振腔（即FP腔） ，体系性提出多光束干预干与焦点道理 仅当入射光满意FP腔的谐振前提时，才能实现高效的腔透射。值患上留意的是，此时激光还没有问世，但这一理论冲破精准锚定了 频率筛选 的焦点潜力，为后续激光频率的周详调控埋下了要害伏笔。20世纪中期半导体激光器的问世，成为FP腔运用推广的一个要害迁移转变点：FP腔被直接集成于激光器谐振腔内，借助其多光束干预干与的频率筛选特征，可将激光芒宽从初期的MHz量级压窄至kHz量级。这不仅拓展了FP腔的运用界限，也为后续超稳激光技能的成长奠基了硬件基础。

然而，FP腔与激光技能深度联合并真正开启超稳激光时代，实则始在20世纪80年月先后。这一超过与引力波探测LIGO项目（注：2017年诺贝尔物理学奖获奖结果）的技能需求密不成分 高精度激光干预干与探测对于激光不变性有着极致要求，由此直接鞭策了FP腔从 干预干与滤光元件 到 稳频基准器件 的底子性功效改变。

PDH技能：

数十年以来界说FP腔稳频的主流方案

现实上，传统基在FP腔透射特征的激光稳频，受限在被动滤波的素质，其效果其实不如人意。是否可以使用FP腔反射特征举行稳频呢？

一座要害的里程碑由Drever（注：引力波LIGO项目结合开创人）、Hall（注：2005年诺贝尔物理学奖患上主，表扬其于周详光谱学方面的冲破性孝敬）等人在1983年配合铸就：他们将Pound的微波腔技能思绪拓展至光频范畴，创造性地提出了FP腔的 Pound-Drever-Hall （以三人名字定名，简称PDH）锁定技能。

该技能的焦点立异于在：经由过程对于激光举行相位调制，及时探测激光频率与FP腔反射口谐振频率的误差，并反馈调治激光源。更要害的是，基在激光的频率抖动时间标准与腔相应时间的相对于瓜葛，PDH锁定可于频率辨别及相位辨别两种事情模式间主动切换：当激光抖动时间年夜在腔相应时间时，以频率辨别模式按捺激光的慢速漂移；当抖动时间小在腔相应时间时，以相位辨别模式快速赔偿激光的高频相位噪声。两种模式协同事情，使环路伺服带宽再也不受限在腔相应时间，从底子上排除了超高Q值FP腔作为频率基准的镣铐，可显著压窄激光器线宽，有用改善激光频率不变度。PDH技能依附其卓着的稳频机能，至今仍是功效最强盛、运用最广泛的自动激光稳频技能之一。

图1. 基在 PDH 技能的 FP 腔激光锁定道理框图

腔稳激光器：技能演进与运用拓展

腔稳激光的频率噪声由FP腔自己噪声、伺服环路附加噪声及光电噪声配合决议。凡是环境下，若PDH锁定的伺服带宽充足宽、增益充足年夜，激光器自身的固有低频噪声可被有用按捺至可纰漏程度，此时FP腔的腔长相对于不变性成为机能主导。初期腔稳激光受外部振动、温度颠簸等机械噪声影响显著，即便采用微晶玻璃等低膨胀质料，仍存于较着频率漂移。

为冲破局限，研究职员针对于性地推出一系列优化方案：晋升FP腔Q值（或者邃密度F）、采用超低膨胀质料建造腔体、搭配被动与自动温控体系按捺热形变、置在超高真空情况中按捺折射率变化、优化支撑与隔振设计减弱振动耦合等。经由过程这些办法，超稳激光的频率不变度已经晋升至10-15甚至10-16程度。

如今，FP腔超稳激光技能日臻成熟，焦点冲破聚焦在三年夜标的目的：不变度极致晋升、可搬运及微型化集成、情况顺应性强化。例如于不变度极致晋升方面，采用单晶硅腔体、新型高反膜腔镜，并联合极低温度情况按捺热噪声等办法，可将激光频率不变度晋升至10-17量级，线宽可至惊人的mHz量级！

技能成熟鞭策其运用范畴不停扩大，典型场景包括：干预干与引力波探测（如地面的LIGO进级项目，太空的LISA、天琴及太极项目）、原子物理学中量子态光谱探测、光学频率尺度成立，以和量子计较中的周详操控等前沿范畴。

频准激光超稳激光的冲破：

存眷频准激光的用户及业内同仁也许相识，频准激光于2023年已经实现超稳激光产物的技能落地与市场供给，迈出海内技能财产化的要害一步。

当前，频准激光正加快打破 试验室样机 到 财产化产物 转化的行业壁垒，连续鞭策超稳激光从科研专属范畴向工业级、商用级场景深度延长与范围化运用，显著加速了海内这一高精尖细分范畴的市场化进程。借助财产化进程的连续深化，布局优化设计、低噪声节制、自立稳频锁定等焦点技能被深度集成在超稳激光体系，使产物既紧紧盘踞高不变性、极窄线宽等超高机能上风，更实现了操作便捷化、适配矫捷化、维护简化的易用性进级，为下流用户提供兼具技能高度与实用价值的焦点激光解决方案。

图2. 频准超稳激光实现的基础方案框图

频准激光的超稳激光实现的基础方案如图2所示。此中，FP腔置在精心设计的真空腔内（图中未标出），真空度连结于10-6 Pa量级，配备多层自动温控及被动隔热，总体集成于隔音箱内；FP腔腔体自由度被限定并采用振动免疫式法固定，而PDH光路采用笼式布局固定于真空腔体上，从而整套超稳激光体系可履行可搬运式的操作。凡是，频准激光提供三类低噪声激光种子源 光纤DFB激光种子、固定外腔半导体激光种子及宽调谐猫眼激光种子，以光纤DFB激光种子为例，仅靠PZT零丁反馈其实不能有用压窄线宽，于是需插入一声光调制器（AOM）用在快速反馈。频准激光提供的超稳激光体系有着如下怪异上风：

要害且健全的全链条撑持

频准激光深耕超稳激光上游焦点财产链，产物线实现从 要害部件到总体体系 的全链条笼罩与自立节制，焦点光电器件涵盖低噪声激光种子源、低噪声激光放年夜器、激光非线性频率变换、全光纤器件、低噪声节制电路等。于此基础上研制的超稳激光体系产物集成度更高，靠得住性更强。

多场景适配的超稳激光体系

针对于科研与工业范畴的差异化需求，频准激光构建了富厚的超稳激光体系产物线，笼罩差别机能指标、波段及运用场景，满意从基础研究到高端制造的多元化需求。今朝FP腔有2 cm、5 cm、12.5 cm三类长度，笼罩波长400-2000 nm，所集成的超稳激光体系可立式安装、柜式或者桌面安装（尺度19寸机柜兼容），如图3-5所示。

图3. 双轴立式超稳激光体系

图4. 单轴柜式或者桌面式6U 19 超稳激光体系

图5. 单轴柜式或者桌面式3U 19 超稳激光体系

表1. 频准三款超稳激光体系的参数对于比

定制化体系集成与场景适配

针对于科研与工业范畴的差异化需求，频准激光提供富厚的超稳激光配置选件，包括：自动隔振、EOM边带移频锁定、集成式光纤噪声按捺器等。除了了成套的超稳激光体系外，超稳激光器体系各部件也可零丁提供，例如超等反射镜、低膨胀腔体、超稳腔、真空体系、电控体系（含PDH电路、离子泵节制器等），用户可以按照本身需求举行肆意配置。固然，频准激光也提供包罗超稳激光体系于内的更繁杂的定制化激光体系，包括光纤放年夜、非线性变换及多路分光体系。

专业交赋予落地调试闭环

频准激光配备一支具有富厚超稳激光体系实操经验的技能团队，提供 从装备到货到不变运行 的全流程交付办事，缩短用户部署周期，保障体系快速落地。每一一台超稳激光的指标都做到拍频实测，海内承诺上门安装与调试，现场提供专项培训，涵盖体系操作流程、一样平常维护要点、基础妨碍排查要领。同时，交付完备技能文档，确保用户具有自力运维能力。

持久运维与技能进级保障

同公司主营的激光器产物同样，频准激光也成立了超稳激光体系的全生命周期售后撑持系统。不仅提供通例运维办事，更看重用户持久运维的能力，确保用户装备连续阐扬效能。同时，依托频准强盛的研发实力，也为用户提供了持久技能进级撑持。

频准超稳激光的卓着机能

机能测试

图6. 超稳激光机能测试。

（a）激光芒宽，（b）激光频率不变度，（c）激光相位噪声，

（d）激光频率漂移及（e）FP腔的PDH锁定带宽

瞻望

从试验室的毫赫兹级精准锁定到财产界的全场景赋能，超稳激光正以机能极致化、形态集成化的程序打破界限。

转自：频准激光

来历：光电汇OESHOW

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