在我们生活的世界中，激光的身影几乎无处不在。从超市收银扫码器捕捉商品条形码，到高速光纤入户畅享上网冲浪。而在这些日常应用之外，稳频激光器正以“标尺”之姿，在更精密的领域大显身手。例如，它不仅是冷原子实验中精准操控原子、离子的关键，也是干涉测量里获取高精度数据的核心。如今，稳频激光器更在高精尖工业应用中逐渐崭露头角，为科研突破与产业升级注入强大动力。

稳频激光器的独特优势

频率长稳更优：在长时间尺度下，即便遭遇温度波动、机械振动等外界干扰，激光频率也能维持漂移幅度小，为高精度实验和工业生产提供持续可靠的频率基准（图1左）。

 

频率噪声更低：从傅里叶频域上看，也能看出控制带宽内的激光噪声抑制效果，除了抑制低频处温度、振动等噪声影响外，有些稳频激光器也能抑制至~MHz端的较高频噪声（图1中）。

 

线宽更窄、光谱更纯：相比于频率噪声，用线宽表征激光噪声可能更为常见，但注意与观测时间有关。稳频激光器的线宽可以压缩至极窄范围（可至<1Hz），光谱频谱上纯度大为提升，能减小测量中的干扰，提升精密测量的分辨率（图1右）。

图1 稳频激光器具有频率长稳优、频率噪声低和光谱纯度高的特点。

灰：自由运转激光器；红：稳频激光器

频准稳频激光器的突破

近年来，频准在主营的激光器产品上逐渐发力，在低噪声、高功率、宽波段等方向上取得了不错的成绩，这些成果不仅为国内科研提供了强有力的支撑，也让自身积累了深厚的技术功底和丰富的定制化产品经验。以此为坚实的基础，频准顺势开启国内稳频激光器产业化的先河，加快了这一细分领域的发展进度。通过产业化推进，频准能够将先进的稳频技术更广泛地应用于各类激光器产品，使它们具备更高水平的性能。对于用户而言，无需再为设备的稳定性问题耗费过多精力，得以集中于激光器后端的使用，从而提升工作效率和成果质量。

 

关键且健全的全链条支持：

 

涵盖低噪声激光种子源、低噪声激光放大、激光非线性频率变换、全光纤器件封测、低噪声电路控制到激光稳频等环节，实现从核心部件到整体系统的自主控制，确保能达到高标准的性能要求。

 

不同场景下多重方案的布局：

 

包括原子分子稳频、超稳腔稳频和光梳稳频，可根据不同应用场景的需求提供针对性的解决方案（表1）。

 

小型化、工程化的光机电设计：

 

结构上力求紧凑小巧，以适应空间有限的实验室或工业现场；操作上注重人性化设计，让用户能够便捷地进行参数设置和状态监控，可提供稳频自主恢复功能；严格的环境适应性测试，如稳频核心器件的高低温循环、振动测试，使激光器稳频牢固且可靠。

 

表1 频准提供的激光稳频方案示例

 

频准稳频激光器的卓越性能

在评估单台激光器性能时，我们通常将其与另一台同等水平的稳频激光器进行拍频测试，或者与性能更高的超稳激光器或光学频率梳比对。

 

铷（Rb）原子480nm/780nm/795nm。在饱和吸收信号的基础上，利用调制转移光谱（MTS）或者频率调制光谱（FM）技术，再借助频准的PreciLock高速伺服控制器或数字伺服控制器，可将激光器锁定于Rb原子的D1和D2线上。对于780 nm调制转移光谱，24小时内频率起伏<±100 kHz，频率稳定度可达2E-13@1s。

 

图2 Rb原子的780nm饱和吸收信号和调制转移误差信号

图3 两台稳频780nm激光器比对获得的典型频率起伏

图4 Rb稳频的780nm激光器

 

频准的Precilock软件具备自动回锁功能，用户只需提前设定好相关参数，一键即可实现激光频率锁定（见视频1）。另外，频准也提供自动寻峰、自主锁定的高级功能，即用户开启激光后，较短时间内自动完成激光出光和频率锁定，期间无需用户连接PreciLock上位机进行操作，这极大提升了用户的使用体验（见视频2）。

 

视频1 稳频780nm激光器的一键自动回锁功能展示

 

视频2 稳频780nm激光器的自动寻峰自主锁定功能展示

 

视频3 稳频780nm激光器的振动测试

图5 稳频780nm激光器的高低温循环测试

 

稳频780nm激光器在高低温循环测试中，可模拟一些工业控制、户外的温变环境，重点验证0-50℃甚至更宽温域下的稳定性。如图5所示，经过完整的高低温循环后，稳频信号基本保持不变。另外，稳频780nm激光器在一定的振动条件下，也能保持高精度的锁定，说明振动影响在可控范围内（见视频3）。这些都为稳频激光器的应用提供了可靠的环境适应性保障。

 

铯（Cs）原子509nm/852nm/895nm。对于Cs原子级联的852nm和509nm跃迁，使用MTS光谱和FM光谱技术分别依次进行852nm和509nm激光器的锁定。

图6 Cs原子的509nm吸收信号和频率调制误差信号

 

其他原子：钠（Na）589nm，钾（K）767nm/770nm/776nm，...

 

碘（I2）500-700nm：碘分子在可见波段附近具有广泛的共振峰，通常的自然线宽在几百kHz，是比较理想的激光参考源。对于532nm碘稳激光器，24小时频率起伏<±150 kHz，频率稳定度可达4E-13@1s。

图7 I2的532饱和吸收信号和调制转移误差信号

 

乙炔（12,13C2H2）：吸收峰（多普勒展宽）覆盖1510-1550nm，稳频激光器24小时内的频率起伏<1.5MHz。

 

其他分子: 氰化氢（HCN）1520-1564nm，甲烷（CH4）1645nm，二氧化碳（CO2）1572nm/2051nm，...

 

上述是将激光器频率直接锁定于原子分子吸收峰处，频准也提供基于光学锁相环（OPLL）的数字偏频锁定电路模块Precibeat，可方便地将另外一台激光器的频率偏移50MHz至8GHz，同时具备扫频、跳频等功能。此外，频准还提供基于超稳腔和光学频率梳的稳频方案，波长可以进一步扩展至400-2000nm。后续我们将陆续推出相关介绍文章，敬请关注。

 

稳频激光器应用前景

 

凭借卓越的频率稳定性，稳频激光器正成为众多前沿领域进一步发展的关键驱动力，比如引力波探测，原子钟计时，超精密光谱分析，半导体芯片制造领域，以及航空航天工业等。随着稳频激光器在性能、体积和功耗（SWaP）等方面的持续优化，我们相信其在未来将展现出极为广泛的应用前景。

 

关于频准

 

上海频准激光科技股份有限公司成立于2017年，是国家高新技术企业和国家级专精特新小巨人企业。于上海市嘉定区徐行镇张江科技示范园，现有员工四百多人，其中博士十余名，高级工程师多名。频准激光致力于高端单频光纤激光器的研发与生产，为国家重大项目提供了国际一流的激光技术和产品。

 

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