近期，中國科學院合肥物質院安光所張天舒研究員團隊，在全固態連續單頻激光技術研究方面取得新進展，相關成果發表在國際知名光學領域TOP期刊《光學和激光技術》上。
團隊基于四鏡環形腔采用單端LD泵浦Nd:YVO4（摻釹釩酸釔）晶體輸出1064納米連續單頻激光，并結合碘分子鎖頻技術實現了輸出激光頻率鎖定控制。研究成果有望成為大氣污染和溫室氣體探測等環境監測儀器設備的核心器件，為大氣環境保護和氣候變化研究提供有力支持。
激光器的單頻特性，可以將其作為環境監測儀器設備激光源的核心組件，用于大氣揮發性有機物、大氣風場、臨近空間等探測。連續單頻激光器還廣泛應用于激光放大器、引力波探測、量子光學等各個領域，單頻激光技術的進步也極大地促進了大氣遙感的發展。這些應用除了要求激光器為單頻輸出，對激光頻率穩定性也有嚴格需求。然而，現有的半導體激光器、光纖激光器等在環境適應性方面存在不足，難以滿足高要求的應用場景。
研究團隊采用了環形諧振腔結構結合碘分子吸收頻率鎖定技術，實現了單頻激光的頻率長期穩定性。該技術通過將激光頻率鎖定在碘分子特定吸收譜線的側翼，利用反饋控制調整諧振腔的長度，實現了激光頻率的高精度穩定。結果顯示：激光器輸出激光光束質量優異，M2因子分別在1.05（水平方向）和1.19（豎直方向），表明其具有良好的空間分布特性；輸出激光線寬小于10兆赫茲，顯示出良好的單頻特性；自由運轉狀態下，一定時間內激光器頻漂超過了200兆赫茲。而鎖定狀態下，激光器連續運行7小時頻漂控制在±4兆赫茲以內，顯著提高了頻率穩定性。另外，為了適應未來的設備集成，激光器小型化、穩定性等需求，實現了連續單頻激光器基于光機熱電耦合的工程化設計與激光器系統搭建。
劉盼助理研究員、吳亞軍博士研究生為論文第一作者，張天舒研究員為論文通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃項目的資助。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0030399225007157
圖 1 全固態單頻連續1064nm激光器示意圖
圖 2 激光器線寬特性與鎖定控制頻率穩定性
圖 3 激光器系統外觀與內部布局實物圖
