环境光学中心在高稳定性单纵模连续固体激光技术上取得研究进展

近期，中国科学院合肥物质院安徽光机所张天舒研究员团队，在全固态连续单频激光技术研究方面取得新进展，相关成果发表在国际知名光学领域TOP期刊《光学和激光技术》上。

团队基于四镜环形腔采用单端LD泵浦Nd:YVO₄（掺钕钒酸钇）晶体输出1064纳米连续单频激光，并结合碘分子锁频技术实现了输出激光频率锁定控制。研究成果有望成为大气污染和温室气体探测等环境监测仪器设备的核心器件，为大气环境保护和气候变化研究提供有力支持。

激光器的单频特性，可以将其作为环境监测仪器设备激光源的核心组件，用于大气挥发性有机物、大气风场、临近空间等探测。连续单频激光器还广泛应用于激光放大器、引力波探测、量子光学等各个领域，单频激光技术的进步也极大地促进了大气遥感的发展。这些应用除了要求激光器为单频输出，对激光频率稳定性也有严格需求。然而，现有的半导体激光器、光纤激光器等在环境适应性方面存在不足，难以满足高要求的应用场景。

研究团队采用了环形谐振腔结构结合碘分子吸收频率锁定技术，实现了单频激光的频率长期稳定性。该技术通过将激光频率锁定在碘分子特定吸收谱线的侧翼，利用反馈控制调整谐振腔的长度，实现了激光频率的高精度稳定。结果显示：激光器输出激光光束质量优异，M²因子分别在1.05（水平方向）和1.19（竖直方向），表明其具有良好的空间分布特性；输出激光线宽小于10兆赫兹，显示出良好的单频特性；自由运转状态下，一定时间内激光器频漂超过了200兆赫兹。而锁定状态下，激光器连续运行7小时频漂控制在±4兆赫兹以内，显著提高了频率稳定性。另外，为了适应未来的设备集成，激光器小型化、稳定性等需求，实现了连续单频激光器基于光机热电耦合的工程化设计与激光器系统搭建。

刘盼助理研究员、吴亚军博士研究生为论文第一作者，张天舒研究员为论文通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目的资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0030399225007157

全固态单频连续1064纳米激光器示意图

激光器线宽特性与锁定控制频率稳定性

激光器系统外观与内部布局实物图