本文來源于《中國激光》“先進激光技術與應用”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域具有廣泛應用，超穩(wěn)腔PDH（Pound-Drever-Hall）穩(wěn)頻技術是獲取這類超穩(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構參數(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品。盡管國內已有多家科研機構發(fā)展出了具備頻率調諧機制的單縱模光纖激光器，但均未用來構建超穩(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)結構示意圖；(b)集成樣機照片

中國科學院合肥物質科學研究院安徽光學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)頻技術獲取超穩(wěn)激光輸出的自由運轉分布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構示意圖，(b)為集成樣機照片。通過優(yōu)化激光器腔結構參數(shù)，輔以絕熱封裝和精密溫控等措施，并在腔內設置可快速寬范圍調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頻率調諧范圍和調諧帶寬分別大于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)光纖激光由電光調制器（EOM）產生調制邊帶，經準直以及偏振調節(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制器（AOM）驅動控制器，實現(xiàn)對激光頻率高頻段（PZT調諧帶寬以上）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與器件的發(fā)展具有重要意義。