本文來源于《中國激光》“先進激光技術(shù)與應(yīng)用”專題。

姚波, 陳群峰, 陳雨君, 吳斌, 張驥, 劉昊煒, 魏珊珊, 毛慶和. 基于超穩(wěn)腔PDH穩(wěn)頻的280 mHz線寬DBR光纖激光器[J]. 中國激光，2021, 48(5): 0501014

總編評論：

頻率超穩(wěn)的超窄線寬激光光源在精密測量領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，超穩(wěn)腔PDH（Pound-Drever-Hall）穩(wěn)頻技術(shù)是獲取這類超穩(wěn)激光最重要的方案之一。本文報道了一種亞赫茲線寬超穩(wěn)分布Bragg反射（DBR）單縱模光纖激光器的制作和性能測試情況。作者在自研的短腔DBR光纖激光器中進行了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，并對其進行了絕熱封裝和精密溫度控制等，后經(jīng)超穩(wěn)腔PDH穩(wěn)頻后實現(xiàn)了亞赫茲線寬的超穩(wěn)激光輸出。

目前，已報道的基于超穩(wěn)腔PDH穩(wěn)頻技術(shù)的分布反饋（DFB）單縱模光纖激光器輸出線寬已達毫赫茲量級，其所用光纖激光器均為國外產(chǎn)品。盡管國內(nèi)已有多家科研機構(gòu)發(fā)展出了具備頻率調(diào)諧機制的單縱模光纖激光器，但均未用來構(gòu)建超穩(wěn)激光光源，因此有必要考察這類自主研制單縱模光纖激光器的超穩(wěn)腔PDH穩(wěn)頻效果。

圖1研制的DBR單縱模光纖激光器。(a)結(jié)構(gòu)示意圖；(b)集成樣機照片

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院安徽光學(xué)精密機械研究所毛慶和研究員課題組研制了可用于超穩(wěn)腔PDH穩(wěn)頻技術(shù)獲取超穩(wěn)激光輸出的自由運轉(zhuǎn)分布Bragg反射（DBR）單縱模光纖激光器。圖1(a)為DBR單縱模光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為集成樣機照片。通過優(yōu)化激光器腔結(jié)構(gòu)參數(shù)，輔以絕熱封裝和精密溫控等措施，并在腔內(nèi)設(shè)置可快速寬范圍調(diào)諧激光頻率的壓電陶瓷（PZT），實現(xiàn)了輸出功率45 mW，線寬1.2 kHz，PZT頻率調(diào)諧范圍和調(diào)諧帶寬分別大于3.2 GHz和10 kHz的穩(wěn)定單縱模激光輸出。

圖2 DBR光纖激光器超穩(wěn)腔PDH穩(wěn)頻實驗裝置示意圖

研究人員采用腔長10 cm、精細度360000的超穩(wěn)光腔，演示了DBR單縱模光纖激光器的PDH穩(wěn)頻實驗。圖2為穩(wěn)頻實驗裝置示意圖。待穩(wěn)光纖激光由電光調(diào)制器（EOM）產(chǎn)生調(diào)制邊帶，經(jīng)準直以及偏振調(diào)節(jié)后，耦合進入光腔。光腔反回的激光由光電探測器（PD）探測，再與EOM驅(qū)動信號混頻后獲取穩(wěn)頻所需誤差信號。誤差信號由伺服控制系統(tǒng)（Servo）處理后，低頻成分反饋控制激光器內(nèi)置PZT的電壓，實現(xiàn)對激光頻率低頻段波動的補償；高頻成分則反饋至聲光調(diào)制器（AOM）驅(qū)動控制器，實現(xiàn)對激光頻率高頻段（PZT調(diào)諧帶寬以上）波動的補償。

圖3 穩(wěn)頻激光頻率不穩(wěn)定度的修正的艾倫方差

圖4 穩(wěn)頻激光的拍頻線寬

為評估光腔PDH穩(wěn)頻技術(shù)對光纖激光器頻率鎖定的效果，研究人員通過兩臺穩(wěn)頻后的激光器進行拍頻，測量獲得穩(wěn)頻光纖激光器的性能參數(shù)。經(jīng)測試，超穩(wěn)腔PDH穩(wěn)頻后的DBR光纖激光器頻率漂移小于±10 Hz，1 s和100 s的頻率不穩(wěn)定度分別達6×10?16和8×10?15（如圖3所示），頻率噪聲降低至8×10-3Hz2/Hz@1-10Hz，激光線寬窄至280 mHz（如圖4所示）。

各項指標表明該單縱模光纖激光器已能用于構(gòu)建亞赫茲線寬超穩(wěn)激光光源，這對推動我國自主超穩(wěn)光纖激光器核心技術(shù)與器件的發(fā)展具有重要意義。