本文结合美国Stable Laser Systems（SLS）和澳大利亚Liquid Instruments公司的技术方案，探讨超稳激光器及超稳腔的设计原理、技术突破与实验进展，并引用新研究成果与数据，为相关领域提供参考。
超稳激光器与超稳腔技术：从基础到前沿应用
引言
超稳激光器是精密科学领域的核心工具，其频率稳定度可达 \(10^{-16}\) 量级甚至更高，广泛应用于原子钟、引力波探测、量子计算和精密光谱学等领域。本文结合美国Stable Laser Systems（SLS）和澳大利亚Liquid Instruments公司的技术方案，探讨超稳激光器及超稳腔的设计原理、技术突破与实验进展，并引用新研究成果与数据，为相关领域提供参考。
一、超稳激光器的核心原理与关键技术
1. 超稳激光器的基本架构
超稳激光器通常由激光源、参考超稳腔（法布里-珀罗腔，FP腔）和反馈控制系统组成。其核心在于将激光频率锁定到FP腔的谐振峰上，通过主动反馈抑制频率漂移。例如，华中科技大学引力中心采用Pound-Drever-Hall（PDH）锁定方案，通过电光调制器（EOM）生成边带信号，结合反射光的相位信息生成误差信号，zui终将激光频率稳定在腔的共振频率。
2. 超稳腔的设计与优化
FP腔的性能直接决定激光的稳定度。SLS公司提供多种腔体设计（表1），包括圆柱形、凹形、球形和立方体腔，以满足不同应用需求：
- 圆柱形腔：适用于线宽>50 Hz的原子物理实验；
- 凹形腔：热噪声极限低，线宽<50 Hz，艾伦偏差达 \(1×10^{-15}\)；
- 球形腔：紧凑设计，加速灵敏度低，适合移动场景。
各种腔型需求
超稳腔真空系统（真空度<10-8Torr，温控<±0.005℃）
此外，材料选择（如超低膨胀玻璃ULE）和温度控制技术进一步降低热噪声影响。
表1：SLS法布里-珀罗腔类型与性能
二、Stable Laser Systems的技术突破
1. 高集成化稳频系统
SLS的1Hz稳频激光器系统（SLS-INT-1550-200-1）将高精细度FP腔、控温真空室和电子控制系统集成于19英寸机箱，线宽<1 Hz，日漂移<20 kHz，功耗仅25瓦。其特点包括：
- 一键锁定功能：通过触屏界面实时监控腔体温度和真空度；
- 模块化设计：支持1530-1565 nm波长定制，输出功率达100 mW。
2. 低温与振动抑制技术
SLS的凹形腔在低温环境下（14–40°C）实现热噪声极限，结合ULE材料和主动隔振平台，使系统在振动敏感场景（如引力波探测）中表现卓越。
三、学术研究进展与实验数据
1. 国内研究：华中科技大学的超稳腔系统
-10 cm全ULE腔：锁定激光频率稳定度达热噪声极限，为国际同类z佳；
- 30 cm复合腔：室温下稳定度达 1.3×10-16，目标进入 10-17 量级；
- 8 cm腔：满足天琴计划需求，频率噪声为3.6 Hz（6 mHz处）。
2. 国际前沿：镱离子光钟与锶光钟
SLS为镱离子光钟定制817 nm稳频系统，集成倍频模块，日漂移<15 kHz。此外，《计量科学与技术》2021年的研究显示，超稳激光在锶光钟中实现了亚赫兹级线宽，推动光钟稳定度突破 10-18。
四、澳大利亚Liquid Instruments的协同创新
Liquid Instruments虽未直接生产超稳激光器，但其高精度测量设备（如Moku系列锁相放大器）与SLS系统形成互补。例如：
- Moku:Lab：集成PID控制器和频谱分析仪，可优化PDH锁定环路；
- Moku:Pro：支持多通道反馈，适用于复杂噪声抑制场景。
实验案例显示，结合Moku设备和SLS激光器，某实验室将锁定时间缩短30%，频率噪声降低至0.8 Hz。
五、挑战与未来方向
1. 低温噪声抑制：如华中科技大学正开发低温蓝宝石腔，目标稳定度达 1.9×10-16；
2. 小型化与商业化：SLS的3Hz便携系统（16kg）和Liquid Instruments的紧凑设备推动野外应用；
3. 多波长集成：SLS的多孔腔支持多激光共模锁定，适用于离子阱和量子模拟。
结语
超稳激光器与超稳腔技术正朝着更高稳定度、更低功耗和更广泛的应用场景发展。美国SLS的系统化解决方案与学术界的深度研究共同推动着量子精密测量、空间科学等领域的进步，而Liquid Instruments的电子控制技术则为这一进程提供了关键支持。未来，随着材料科学与反馈算法的突破，超稳激光有望成为基础物理研究与工业应用的核心支柱。
注：文中实验数据与系统参数主要引自Stable Laser Systems官网、华中科技大学引力中心研究及《计量科学与技术》论文。
了解更多详情，请访问上海昊量光电的官方网页：
https://www.auniontech.com/details-1304.html
https://www.auniontech.com/details-1305.html
https://www.auniontech.com/details-1528.html
更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电
关于昊量光电：
上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。
您可以通过我们昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。
展示全部 
