Page 94 - 《真空与低温》2026年第1期

刘 攀等：用于原子干涉的光学锁相环技术研究进展 91

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活以及大线性范围等特性，已成为当前 OPLL 设计 重力测量灵敏度为 4.49×10 g Hz −1/2 ，且有 2.0×10 g
的首选方案，多个国家单位 [41-44] 对其开展了研究。 的长期（30 000 s）稳定性。
2008 年，法国巴黎天文台 Gouët 等 [39] 提出基
F=2能级, 用于磁光
于腔内 EOM 调制技术的 OPLL，其带宽为 10 MHz， 半波片 阱、探测、吹送光束
声光
2
相 位 噪 声 低 至−120 dBrad /Hz@10 kHz。 2013 年 ， 主激光器 调制器 光阑
中国科学技术大学 Ding 等 [45] 提出锁定频差高达 从激光器 输出
7.5 GHz 的 OPLL，在光晶格实验中实现 6.834 GHz 压 激 偏振分
的锁定频差和 1 Hz 的拍频线宽。同年，华中科技 电 光 F=1能级, 光棱镜 监测器
陶 电 用于吹送、 扫频
大学 Hu 等 [46] 实现了超高灵敏度原子干涉绝对重 瓷 流 再泵浦光束
光电
力仪，其中 OPLL 带宽为 2 MHz 且拍频相位噪声在 快 快速锁 探测器 耦合器 信号发生器
2
200 Hz～200 kHz 范围内低于 2.0×10 rad /Hz，绝对 慢 定系统 低通 混频器 6.834 6 GHz
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重力测量灵敏度测试为 4.28×10 g Hz −1/2 （注：g 为重
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图 7 中国计量研究院研制的灵敏度为 4.49×10 g Hz −1/2 绝对
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力加速度值，后文同）。2022 年，该团队提出可移动
重力仪 NIM-AGRb-1 的激光系统
[47]
原子重力仪 HUST-QG，利用自由空间光路 OPLL
Fig. 7 Laser system of the absolute gravimeter NIM-AGRb-1
锁定主从激光器，如图 6 所示，该重力仪短期灵敏 with sensitivity of 4.49×10 g Hz −1/2 developed by the National
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度达 2.45×10 g Hz −1/2 ，综合不确定度为 3.06×10 g。 Institute of Metrology of China
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2015 年，山西大学孟增明等 [52] 在拉曼耦合中
拉曼光
声光调
f OPLL
二维磁光阱陷俘 制器3 采用基于可编程数字分频器和高带宽 PFD 实现的
光学锁相环
光电 再泵浦光 −1 0 OPLL，其锁定频差高达 7 GHz 且拍频线宽为 Hz 级，
探测器 声光调 可编程特性能满足精密光频控制需求。2022 年，
锥形 制器2
f s
主激光器 [53]
放大器2 中国科学技术大学 Jiang 在原子干涉重力仪中
应用低噪声 OPLL，实现 115 h 连续运行且噪声为
锥形
从激光器 反射镜
f M
放大器1 2.2 mrad。 300 Hz～ 100 kHz 范 围 内 的 相 位 噪 声
声光调 制器1 三维磁光阱陷俘 接近 6.32×10 rad /Hz， 重 力 测 量 灵 敏 度 为 2.96×
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调制转 探测/吹送光 10 g Hz −1/2 。2023 年，山西大学 Wang 等 [54] 采用鉴
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移光谱
频鉴相芯片 ADF4007 设计 OPLL，其拍频线宽为
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图 6 华中科技大学研制的灵敏度为 2.45×10 g Hz −1/2 1 Hz 且残余相位误差方差为 0.04 rad ，同时 Allan
重力仪 HUST-QG 的光学系统 方差（1 000 s）低于 0.4 Hz。2023 年，Lee 等 [55] 提出用
Fig. 6 The optical system of the HUST-QG gravimeter with 于可移动重力仪的低噪声光纤光路 OPLL，如图 8
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sensitivity of 2.45×10 g Hz −1/2 developed by Huazhong 所示，其采用 1 560 nm DFB 光纤激光器且调谐带
University of Science and Technology 宽能基于伺服回路扩展，10 Hz～1 kHz 范围内的相

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2016 年，浙江大学 Wang 等 [48] 在原子干涉重力 位噪声达到−127 dBrad /Hz。

仪中采用基于数字跳频锁定技术的模块化光纤 偏振 半
周期性极 光纤准 分光 波 拉曼光
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OPLL，实现 Hz 级拍频线宽，重力分辨率为 1.0×10 g 掺铒光纤放大器 化铌酸锂 直器 棱镜 片
主激 反射镜
@200 s。同年，国防科技大学 Wei 等 设计了采用 光器
[49]
掺铒光纤放大器 半波片 光纤准
直接数字合成技术和可编程射频发生器的 OPLL， 从激 偏振分 直器
光器 光棱镜
其在 6.834 GHz 锁定频差下的残余相位误差方差为 光纤准直器 声光
电子系统 电子系统
2
0.06 rad ，拍频线宽低于 1 Hz；相位噪声在 1.1 kHz～ 射频输入 调制器
平凸透镜 四分之一波片
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1 MHz 范围内为 2.0×10 rad /Hz。2020 年，中国计 可变光圈
光纤准直器 反射镜
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量科学研究院 Zhao 等 [50] 在移动式 Rb 原子绝对
2
重力仪 NIM-AGRb-1 [51] 中利用 OPLL 制备拉曼光， 图 8 −127 dBrad /Hz 低相位噪声的光纤 OPLL
2
如图 7 所示，锁定频差为 6.834 6 GHz，在 200 Hz～ Fig. 8 Fiber OPLL with low phase noise of −127 dBrad /Hz
42 kHz 范围内的相位噪声低于 6.32×10 rad /Hz。 2024 年，国防科技大学 Wang 等 [56] 提出一种光
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