中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

随着激光技术的不断发展，高稳定度激光在精密光谱学，量子光学，原子光钟和激光通讯等多个领域都有广泛且重要的应用。光学频率梳具有窄脉宽，宽光谱的特性，是连接光学频段和微波频段的桥梁，而且光学频率梳的重复频率与偏置频率锁定于原子钟上，梳齿具有长期高稳定度，可以为波长位于光梳光谱范围内的单频激光提供参考频率基准。自由运转状态下的单频激光器输出频率通常极不稳定且漂移量较大，本文主要针对激光频率长期漂移锁定问题，设计了一套以光学频率梳为参考源的数字稳频系统。本文的选题背景为在一台使用激光频率梳同步定标的千万分辨率VIPA（虚拟成像相位阵列）光谱仪研制中，对其波长精度定标时，需要使用760 nm激光对激光频率梳梳齿进行绝对级次的标定，因此需要对760 nm激光进行稳频。在上述研究背景与技术要求条件下，本文主要的研究内容和取得成果如下：

（1）系统将被控激光与光学频率梳外差干涉，获取表征激光频率偏移的拍频信号，通过自主研制的数字计数式频率电压转换电路测量拍频电信号的频率，并将频率值转换为误差电压信号，通过主控程序反馈控制被控激光。其中自主研制的高频频率电压转换电路，体积小巧且可兼容多种电路，测量频率范围高达百兆赫兹量级，适合作为以光梳为参考的稳频系统的测频解决方案。

（2）根据系统原理搭建了外差干涉光路，并完成了鉴频电路、高频频率电压转换电路和反馈控制模块的设计，对各模块分别进行了仿真实验，分别在实验室进行了性能测试，为后续的系统整体实验调试打下基础。

（3）在对760 nm窄线宽半导体激光器的长期频率稳定实验中，本系统将该激光器频率的长期稳定度提高2个量级，达到4.4×10E-10(τ=262s)，表明本系统可对波长在光学频率频谱范围内的激光实现长期偏频锁定，满足光谱仪波长定标需求。