近日，中国科学院国家授时中心张首刚研究员带领的课题组，提出采用调制转移光谱稳定1560 nm光纤激光器频率的方法，用于该课题组研制的守时型铷原子喷泉钟的光学系统。相关成果以《Frequency stabilization technology of 1560-nm fiber laser based on rubidium modulation transfer spectroscopy》为题发表于学术期刊IEEE Photonics Journal.

相比饱和吸收光谱等稳频技术，调制转移光谱不仅能够消除多普勒背景噪声，还能压窄线宽，因此获得更高的频率稳定度。课题组研制的守时型铷原子喷泉钟的光学系统需要将冷却激光频率和重抽运激光频率分别锁定在⁸⁷Rb原子D₂线F=2→F'=3跃迁和F=1 →F'=2跃迁上。然而，F=1 →F'=2跃迁的调制转移光谱很弱，几乎淹没在噪声中，难于锁定。该课题组提出加热铷气室的方法，观测到⁸⁷Rb原子F=1→F'=0跃迁（接近F=1→F'=2的重抽运跃迁）温度增强的调制转移光谱信号。与未加热时原始的调制转移光谱谱线相比，温度增强的调制转移光谱信号的峰峰值幅度增加了将近30倍，其信噪比为50:1，更适合用于重抽运激光器的频率稳定。之后采用声光调制器移频的方法将重抽运激光锁定在F=1→F'=2跃迁。使用数字 PID 反馈控制种子激光器的驱动电流，分别实现冷却和重抽运激光器的频率锁定。锁定后，激光器的线宽为35.36 KHz，平均时间为1 s时的稳定度为9.6E-11，平均时间为100000 s时的稳定度为4.5E-12。

图1.温度增强的调制转移光谱信号实验结果。（a）温度增强的调制转移光谱，（b）锁定后的激光器线宽。