Page 93 - 《真空与低温》2026年第1期

90 真空与低温 第 32 卷 第 1 期

实现在光纤内部传输和操控激光。根据激光源数 1994 年，法国巴黎天文台 Santarelli 等 [23] 提出
量不同，光纤光路 OPLL 可分为单激光源系统和双 用于原子喷泉钟的 OPLL，其锁定频差为 9.192 GHz，
激光源系统，如图 4 所示。此结构布局紧凑，且能 带 宽为 3.7 MHz 且 残 余 相 位 误 差 方 差 小 于 4×
2
−3
抵抗振动、温度变化等扰动，系统可靠性和适应性 10 rad 。1995 年，德国慕尼黑大学 Ricci 等 [24] 提出
[32]
强 。单激光源系统结构简单，且只采用一个激光 用于原子物理实验的 OPLL，其带宽为 5 MHz，可实
器而系统相位噪声较低，相应降低了系统成本和故 现在 200 ps 内高达 50 MHz 的闭环频率跳变跟踪。
[33]
障风险 ；双激光源系统结构较复杂，但能满足大 2013 年 ， 韩 国 标 准 科 学 研 究 院 Yim 等 [37] 实
[34]
锁定频差需求且调谐更快 。 现用于原子干涉的低相位噪声 OPLL，其带宽为
8 MHz， 100 Hz～ 20 kHz 频 段 内 的 相 位 噪 声 低 至
锁频模块 2
−127 dBrad /Hz。2019 年，该团队提出基于锯齿波调
[38]
FOI FBS PPLN 制的新型 OPLL ，如图 5 所示，带宽高达 9.5 MHz
[39]
激光器 （与腔内 EOM 方案相当 ）且 1.5 kHz～9 kHz 频段
输出
2
PM EDFA PPLN AOM 内的相位噪声达到−130 dBrad /Hz。

锁相模块 调制转
移光谱 快速光电
（a） 单激光源OPLL系统
探测器 混频器 7 GHz
主激光器
锁频模块
输出 相噪
电光 定向耦 分析仪
从激光器
FOI EDFA PPLN FBS 调制器 合器 频谱
主激光器 PFC 分析仪
从激光器 非线性 模拟
传输线 鉴相器
FOI EDFA PPLN 100 MHz
压控 快速有源
振荡器 环路滤波器
锁相模块
压电陶
（b） 双激光源OPLL系统 瓷驱动 锁定箱
FOI. 光隔离器；FBS. 光纤分束器；PPLN. 倍频晶体；
EDFA. 光功率放大器；PFC. 光纤合束器；PM. 相位调制器。 图 5 韩国标准科学研究院研制的 9.5 MHz 带宽且采用
锯齿波调制的 OPLL [38]
图 4 基于光纤光路的 OPLL
Fig. 5 OPLL with bandwidth of 9.5 MHz and sawtooth
Fig. 4 OPLL based on optical fiber path

modulation developed by Korea Research Institute of
2 研究现状 Standards and Science [38]

1965 年，Enloe 等 [35] 首次利用 OPLL 实现两台 2017 年，Cheng 等 [40] 使用全模拟电子器件实现
同频率 He-Ne 激光器的相位锁定。此后，基于光学 具有高鲁棒性的亚毫赫兹级偏频锁定，即大捕获范
器件和电子电路技术的不断发展，OPLL 性能得以 围的 OPLL。在对两个 884 nm 外腔半导体激光器
显著提升。在 1991 年由 Kasevich 等 [36] 首次实现原 （ECDL）锁定时，拍频线宽低于 1 Hz，均方根相位噪
子干涉以来，OPLL 被逐步应用在该领域以获取相 声约为 60 mrad。模拟鉴相技术能实现超高速和超
干光。针对车载、船载及星载等不同环境下的应用 低延迟的相位比较，且因采用无源器件而具备较低
需求以及原子干涉精密测量的精度要求等，OPLL 相位噪声，但其动态范围与线性度有限且抗干扰能
技术发展出多种实现方案，下面分别对其进行阐述。 力弱。同时该方法与现代高密度数字集成工艺兼
2.1 模拟鉴相方案 容性差，不利于系统集成化。
模拟鉴相方案是利用以双平衡混频器（DBM） 2.2 数字鉴相方案
为典型的模拟鉴相器进行鉴相。当 OPLL 要求有 该方案利用模数转化器将电学模拟信号转化
较大锁定频差时，通过在鉴相器之前采用另一个 为数字信号，再利用 PFD 或鉴相器芯片对信号进
DBM 进行频率下转换，从而使信号进入鉴相器的 行相位比较和误差计算，得到误差反馈信号。该方
有效工作范围。该方案具备低延时和低相位噪声 案在光路结构实现上，既有自由空间光路也有光纤
等特性，光路结构上多采用自由空间光路。 光路。数字鉴相技术凭借高精度、抗漂移、结构灵