近期，中國科學院上海光學精密機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溫度的不同響應，分別用于激光頻率的鎖定和補償光纖溫度引起的頻率波動。相關成果以“Temperature insensitive FDL-stabilized laser using a PMF-based dual interferometer”為題發(fā)表于Optics Letters。

超穩(wěn)激光在精密測量領域的應用對激光器的性能提出了越來越高的需求?；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，并且可以實現(xiàn)快速的寬帶頻率調(diào)諧的特點而被關注。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，而長期穩(wěn)定性由于受溫度擾動而迅速惡化。目前較多采用真空多層熱屏蔽以及多級控溫措施來抑制溫度的干擾，這些措施增加了系統(tǒng)的復雜性從而限制了穩(wěn)頻激光器的廣泛應用，亟需新的方式來解決這個問題。

保偏光纖可以同時傳輸兩種偏振態(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，因此對溫度的響應也不同。研究團隊利用這個特性將保偏光纖的快慢軸用來同時傳輸激光，構(gòu)成一個參數(shù)不同的雙路光纖干涉儀。激光頻率被鎖定在其中一個干涉儀上，光纖溫度的波動引起干涉儀光程的變化，進而引起穩(wěn)頻激光頻率的波動。從兩個干涉儀提取出的相位差信號可以表征為光纖兩個偏振方向上激光傳輸?shù)墓獬滩畈▌樱渑c光纖路徑上的溫度變化具有極高的相關性。將提取的相位差信號用來補償穩(wěn)頻激光的頻率變化可以將同樣溫度波動下引起的頻率波動抑制超過25倍。通過這種方式可以顯著改善穩(wěn)頻激光的溫度敏感性，提升長期頻率穩(wěn)定性，推進光纖干涉儀穩(wěn)頻激光在空間引力波探測等領域中的應用。

相關工作得到了科技部引力波重點專項（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)頻激光補償前后頻率波動（a）和頻率穩(wěn)定度（b）