近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部在光纖干涉儀激光穩(wěn)頻研究中取得重要進(jìn)展。研究組首次采用保偏光纖的不同偏振軸構(gòu)建雙干涉儀穩(wěn)頻系統(tǒng)，利用兩偏振分量相移對(duì)溫度的不同響應(yīng)，分別用于激光頻率的鎖定和補(bǔ)償光纖溫度引起的頻率波動(dòng)。相關(guān)成果以“Temperature insensitive FDL-stabilized laser using a PMF-based dual interferometer”為題發(fā)表于Optics Letters。

超穩(wěn)激光在精密測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)激光器的性能提出了越來(lái)越高的需求?；诠饫w延遲線的全光纖穩(wěn)頻激光，由于其高度緊湊型和可靠性，并且可以實(shí)現(xiàn)快速的寬帶頻率調(diào)諧的特點(diǎn)而被關(guān)注。如今此類超穩(wěn)激光的短期頻率穩(wěn)定性主要受限于光纖的本征熱噪聲，而長(zhǎng)期穩(wěn)定性由于受溫度擾動(dòng)而迅速惡化。目前較多采用真空多層熱屏蔽以及多級(jí)控溫措施來(lái)抑制溫度的干擾，這些措施增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性從而限制了穩(wěn)頻激光器的廣泛應(yīng)用，亟需新的方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

保偏光纖可以同時(shí)傳輸兩種偏振態(tài)正交的光束，并保持傳輸光偏振態(tài)的穩(wěn)定。由于保偏光纖快慢軸的熱光系數(shù)不同，因此對(duì)溫度的響應(yīng)也不同。研究團(tuán)隊(duì)利用這個(gè)特性將保偏光纖的快慢軸用來(lái)同時(shí)傳輸激光，構(gòu)成一個(gè)參數(shù)不同的雙路光纖干涉儀。激光頻率被鎖定在其中一個(gè)干涉儀上，光纖溫度的波動(dòng)引起干涉儀光程的變化，進(jìn)而引起穩(wěn)頻激光頻率的波動(dòng)。從兩個(gè)干涉儀提取出的相位差信號(hào)可以表征為光纖兩個(gè)偏振方向上激光傳輸?shù)墓獬滩畈▌?dòng)，其與光纖路徑上的溫度變化具有極高的相關(guān)性。將提取的相位差信號(hào)用來(lái)補(bǔ)償穩(wěn)頻激光的頻率變化可以將同樣溫度波動(dòng)下引起的頻率波動(dòng)抑制超過(guò)25倍。通過(guò)這種方式可以顯著改善穩(wěn)頻激光的溫度敏感性，提升長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性，推進(jìn)光纖干涉儀穩(wěn)頻激光在空間引力波探測(cè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。

相關(guān)工作得到了科技部引力波重點(diǎn)專項(xiàng)（2021YFC2201803，2021YFC2201904）的支持。

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圖一 雙干涉儀穩(wěn)頻激光原理圖

圖二 穩(wěn)頻激光補(bǔ)償前后頻率波動(dòng)（a）和頻率穩(wěn)定度（b）