Page 99 - 《真空与低温》2026年第1期
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96 真空与低温 第 32 卷 第 1 期
求的日益增多，基于原子干涉技术的重力仪、陀螺 态范围和强抗干扰能力成为主流。其可编程特性
仪等量子精密测量传感器正朝着可移动、紧凑型 适配多种工作模式且参数设置灵活，同时数字逻辑
和高抗扰能力方向发展，因此 OPLL 的集成化和模 电路功能多样且易于集成，这有助于推动 OPLL 系
块化非常关键。传统自由空间光路 OPLL 多采用 统的集成化与模块化。目前市场上已有成熟的数
两台激光器，配备数台电子伺服设备且光学组件依 字鉴相器芯片，其系列选择多样，能有效降低系统
赖光学平台，这导致系统体积庞大、结构复杂，同 的实现成本。但是数字鉴相的不足在于速度与延
时对温度、振动等环境扰动极为敏感。为了解决 迟限制及存在量化噪声等。因此在高速低延迟和
上述问题，目前国内外的可移动原子干涉传感器激 低噪声要求的应用中，模拟鉴相技术仍是首选方案。
光系统多采用模块化组装方案，保障了运输机械稳 此外，采用模拟加数字技术的混合鉴相方案也是
定性和光学模块的即插即用能力。其中光学元件 OPLL 的热门研究方向，即利用模拟电路处理高频
及其安装基座的设计进一步微型化，达到毫米级尺 信号以降低延迟和相位噪声，再利用数字电路实现
寸。激光光束高度的降低 [28] 和器件的微缩，能使 高精度和灵活的信号计算。混合鉴相方案能整合
光路布局实现高度集成化。但在高动态环境下，自 优势而实现更优良的鉴相特性，但仍需解决系统中
由空间 OPLL 对振动与温度漂移敏感，易导致空间 模拟与数字电路接口的噪声抑制问题。
光束错位。同时在光学元件和基座材料的差异上， 3.3 基于光子集成的芯片化
由于金属和玻璃材料的热膨胀系数（CTE）不同，激 为了确保原子干涉传感器在高动态环境下运
光强度容易受到温度波动的影响。因此可以采用 行，OPLL 的设计也必须能适应此类环境。当前开发
[59]
全石英玻璃的设计 ，将具有相同 CTE 的材料用 的 OPLL 是基于自由空间光路或光纤光路连接的
于底板、支撑组件和光学元件，能够最大限度地减 离散元件，这限制了其承受高动态环境的能力以及
少温度影响且增强强度和偏振稳定性。国内精密 制造可扩展性。为了以小尺寸去最大限度地提高
测量院等单位在微型光学元件与全石英板集成方 OPLL 的可制造性，微加工光子集成电路技术是一个
面已取得显著进展，达到国际先进水平。 可靠的解决方案。基于氮化硅等超低损耗材料的
光纤光路 OPLL 多采用 1 560 nm 的窄线宽光 单片集成方案，将种子激光器、单边带调制器、微环
纤激光器和放大器，并通过非线性晶体将激光频率 谐振器等关键元件压缩至芯片尺度，能实现优良的
加倍至 780 nm。光纤组件的应用已相对成熟，其 低频噪声性能与激光频率精密控制（PZT 技术或热
封闭式光路不仅减少了自由空间光学元件的数量， 调谐）。同时，该技术的代工兼容特性有望大幅缩
且能抵抗振动、温度和光束错位等的影响，这能显 减系统尺寸、质量与功耗。基于光子集成的芯片化
著提升系统紧凑性、稳定性和可靠性。光纤架构 OPLL 使得原子干涉传感器具备强大的抗振动、冲
下的组件更换方便，同时备用组件可以使用耦合器 击和辐射能力，同时在实用化进程中迈出重要一步。
连接到系统其他部分，从而提升系统的冗余容错能 美国和欧洲在该领域的研究上处于领先地位。国内
力。光纤架构系统可采用一个激光器得到所需的 则起步稍晚，仍以单元器件集成为主，缺乏完整的、
[33]
全部光频率 ，这样既能减少成本又能降低因激光 性能达标的系统级方案，且在先进铸造工艺和封装
器击穿导致的系统故障风险，且系统功耗更低。光 产业链方面存在差距。当前，光子集成技术面临异
纤架构 OPLL 已在原子干涉传感器的野外应用和 质集成（激光器与倍频晶体）、封装可靠性及温控
高载荷任务中验证了可行性，但需要进一步突破偏 精度等工程难题。随着国内建立自主可控的光子
振退化和非线性噪声抑制等瓶颈。同时，国内在高
集成研发平台，以及硅光工艺与异质集成技术的突破，
性能、高可靠性光纤器件（如窄线宽保偏光纤激
芯片化 OPLL 将逐步从原理样机走向实际应用。
光器）方面，对国外产品仍然存在较强的依赖性。
在未来的研究中，可以融合自由空间和光纤各自优 4 结论
势进行混合模块化设计，从而提升高动态环境适应 OPLL 技术是原子干涉精密测量传感器中实
能力。 现高质量相干光的关键技术，高效、紧凑且适应性
在推动 OPLL 系统集成化与模块化的进程中， 强的 OPLL 系统能有效提升传感器的灵敏度、精度
电子系统的集成，尤其是鉴相方案的选择同样重要。 及应用范围。本文介绍了用于原子干涉的 OPLL
当前，数字鉴相技术因其高精度、高稳定性、宽动 的基本原理及光路结构，综述了其技术的国内外研
