- 文献综述（或调研报告）：
激光的频率稳定是激光技术中的一种重要方法，有着广泛的应用价值。激光器是一种光频波段的振荡源，作为一种理想的电磁波振荡源，我们希望它的单色性要好，输出频率要稳定，重复性要好，准确度要高。一般半导体激光器都不是理想的振荡源，激光的频率随时间变化，其中快变化部分就是激光线宽引起的频率涨落，慢变化部分是周围环境对激光器中激光二极管和谐振腔腔体等因素的影响引起的。频率稳定性（S）为平均频率/频率变化量，1/S为稳定度，可分为短期稳定度（观测取样时间1s以内）和长期稳定度（观测取样时间1s以上）。稳频实质为保持谐振腔光程长度的稳定性[1]。依据是否有稳定频率参考可分为被动稳频与主动稳频[2]。被动稳频通过恒温、防震、密封隔声、稳定电源、构建外腔等方式实现，其原理简单易行，但仅能在一定程度上压窄线宽，并且难保证长期稳定性与复现性。被动稳频方式频率稳定度只能达10-7，难以进一步提高。主动稳频技术的半导体激光的稳频是一个动态的平衡过程，控制系统不断地把激光频率和参考频率做比较，产生误差信号，用于控制激光器的驱动电流或者外腔，从而将光频率限制在一定的范围内，达到要求的稳定度，这即是用电子系统实验的主动稳频技术。主动稳频技术有光反馈稳频、电反馈稳频、光电混合稳频三种，互有优缺点，图4所示为经典电反馈稳频方框原理图[3]。
图 4电反馈稳频方框原理图
常见的主动稳频方法如表1所示：
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方法 |
优点 |
缺点 |
频率 稳定度 |
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兰姆凹陷稳频法 |
装置简单 |
1频率复现性差 2价格高 |
10-9 10-10 |
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原子光谱塞曼效应吸收法 |
1输出功率与频率无需低频调制 2抗干扰能力强 |
1体积大 2价格高 3适用激光系统种类较少 4输出功率低 |
10-10 10-11 |
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饱和吸收法 |
1频率稳定度与复现性高 |
1输出波长受制于吸收介质 2频率覆盖范围有限 3输出功率低 |
10-12 10-13 |
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相位调制光外差稳频（PDH） |
1 F-P腔稳定性高 2超窄共振谱线宽度 3满足几乎所有波段稳频 |
F-P腔易受外部干扰影响 |
10-12 10-16 |
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偏频锁定法 |
1抗干扰能力差 2光频跳变导致失锁 |
10-8 |
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双折射方解石棱镜腔方法稳频（BRC） |
可实现热漂移补偿与声学震动补偿 |
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原子双色性锁频（DAVLL） |
10-13 |
表格 1常见的稳频方法
针对激光器频率的稳定，国外许多高校与研究机构开展了相应研究，分子饱和吸收法[4]、塞曼效应[5]等方法早已开展了长时间广泛的研究。H. S. Suh与T. H. Yoon等人针对氦氖激光器，采用一种二次拍频的方法，实现了在超过10000s的时间内频率波动在1MHz之内[6]。V. Quetschke和S. Gossler针对Nd:YAG环形激光器，提出了一种通过控制半导体激光器泵浦源的功率实现频率稳定的技术[7]，通过对泵浦激光进行电流负反馈，在没有外加功率稳定反馈系统的条件下实现系统频率的稳定。Kenji Numata与Jeffrey R. Chen针对大气中二氧化碳的测量问题，进行了对1572 nm分布反馈激光器频率稳定性的研究工作[8]，通过采用频率调制的技术，在长达72小时的时间内，可将平均0.8s内峰峰值频率漂移限制在0.3MHz。A. Vernaleken与B. Schmidt通过采用不同的泵浦激光，即增加一束泵浦光源，实现了对钛宝石振荡器的载波包络频率稳定[9]。P. Salzenstein与K. Saleh对两种激光稳频个方法庞德-弗雷德-霍尔方法与声光调制的方法进行了分析与比较[10]。
针对激光器的稳频控制，国内许多高校与研究机构对此开展了研究。中国科学技术大学的江晓、张晨、蔡文奇等人针对冷原子实验所用的半导体激光器，对其稳频系统进行了设计[11]，该系统基于原子蒸汽饱和吸收法，将射频调制信号的产生、放大、滤波、混频以及误差信号的检测集中到一起，集成度高、占用空间小、且易于管理与维护。山西大学的孟腾飞、武跃龙、姬中华等人，针对用于制备超冷基态铯分子的激光[12]，利用铷原子饱和吸收谱的的跃迁线为标准确定这一段饱和吸收谱的位置，提供了一种利用铯分子饱和吸收峰对780 nm半导体激光器进行稳频的新方法。哈尔滨工程大学的刘强、张军海、曾宪金等人，实现了利用铯原子圆二向色性激光稳频（DAVLL）技术保证频率的非共振锁定并连续可调，频率稳定度可达3MHz[13]。
国内一些公司也研制了稳频器等相关产品，北京优立光太公司研制了DFS801型便携式半导体激光稳频器，采用三次微分稳频技术，在无强振动且环境温度变化小于2℃时可保证激光器输出频率连续锁定100小时以上，稳定度高，锁定时间长，其主要指标如表格2所示。
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锁定时间 |
gt;100h |
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稳定度 |
8*10-11@1s |
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调制信号频率 |
2.5kHz |
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调制信号谐波抑制比 |
gt;65dB |
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参考信号频率 |
2.5kHz |
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调制信号幅值调节范围 |
gt;65dB |
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调制信号幅值调节范围 |
0-3V |
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鉴相相位调节范围 |
0-360° |
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输入增益 |
0-10dB |
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误差信号增益 |
0-10dB |
表格 2 DFS801型便携式半导体激光稳频器的主要指标
参考文献：
[1] 丛梦龙, 李黎, 崔艳松, 等. 控制半导体激光器的高稳定度数字化驱动电源的设计[J]. 光学 精密工程, 2010, 18(7): 1629.
[2] 刘泱杰. 冷原子用外腔半导体激光器特性的研究[D]. 浙江大学, 2009.
[3]刘丹丹. 用于新型原子钟的外腔半导体激光器数字自动稳频系统研究[D]. 中国科学院研究生院（国家授时中心）, 2010.
[4]Hanes G.R., Baird K.M., amp; J.Deremigis. Stability, reproducibility, and absolute wavelength of a 633-nm He-Ne laser stabilized to an Iodine hyperfine component [J]. Applied optics. 1973, 12(7): 1600-5.
[5]Baer T., Kowalski F. V., amp; J. L. Hall. Frequency stabilization of a 0.633-mu;m He–Ne longitudinal Zeeman laser [J]. Applied optics. 1980, 19(18): 3173-3177.
[6]Suh H. S., Yoon T. H., amp; M. S. Chung. Frequency and power stabilization of a three longitudinal mode He-Ne laser using secondary beat frequency [J]. Applied physics letters, 1993, 63(15): 2027-2029.
[7]Willke B., Brozek S., amp;K. Danzmann. Frequency stabilization of a monolithic Nd:YAG ring laser by controlling the power of the laser-diode pump source [J]. Optics Letters, 2000, 25: 1019-1021.
[8]Kenji Numata, Jeffrey R. Chen, amp; Stewart T. Wu. Frequency stabilization of distributed-feedback laser diodes at 1572 nm for lidar measurements of atmospheric carbon dioxide [J]. Optics Letters, 2011, 50(7): 1047-1056.
[9]Vernaleken, A., Schmidt, B., Wolferstetter, M., Hauml;nsch, T. W., Holzwarth, R., amp; Hommelhoff, P. Carrier-envelope frequency stabilization of a Ti: sapphire oscillator using different pump lasers [J]. Optics express, 2012, 20(16), 18387-18396.
[10]Salzenstein, P., Saleh, K., Zarubin, M., amp; A. S. Trushin. Comparison of two methods of laser stabilization for optoelectronic oscillators [J]. In SPIE Photonics Europe International Society for Optics and Photonics. 2014, May. pp. 91342I-91342I.
[11]江晓, 张晨, 蔡文奇, 等. 冷原子实验用的半导体激光器稳频系统[J]. 中国激光, 2010 (1): 82-86.
[12]孟腾飞, 武跃龙, 姬中华, 等. 铯分子饱和吸收谱的半导体激光器稳频[J]. 中国激光, 2010, 37(5): 1182-1185.
[13]刘强, 张军海, 曾宪金, 等. 锁频点连续可调的激光器稳频技术[J]. 激光与光电子学进展, 2012, 49(10): 127-131.
- 文献综述（或调研报告）：
激光的频率稳定是激光技术中的一种重要方法，有着广泛的应用价值。激光器是一种光频波段的振荡源，作为一种理想的电磁波振荡源，我们希望它的单色性要好，输出频率要稳定，重复性要好，准确度要高。一般半导体激光器都不是理想的振荡源，激光的频率随时间变化，其中快变化部分就是激光线宽引起的频率涨落，慢变化部分是周围环境对激光器中激光二极管和谐振腔腔体等因素的影响引起的。频率稳定性（S）为平均频率/频率变化量，1/S为稳定度，可分为短期稳定度（观测取样时间1s以内）和长期稳定度（观测取样时间1s以上）。稳频实质为保持谐振腔光程长度的稳定性[1]。依据是否有稳定频率参考可分为被动稳频与主动稳频[2]。被动稳频通过恒温、防震、密封隔声、稳定电源、构建外腔等方式实现，其原理简单易行，但仅能在一定程度上压窄线宽，并且难保证长期稳定性与复现性。被动稳频方式频率稳定度只能达10-7，难以进一步提高。主动稳频技术的半导体激光的稳频是一个动态的平衡过程，控制系统不断地把激光频率和参考频率做比较，产生误差信号，用于控制激光器的驱动电流或者外腔，从而将光频率限制在一定的范围内，达到要求的稳定度，这即是用电子系统实验的主动稳频技术。主动稳频技术有光反馈稳频、电反馈稳频、光电混合稳频三种，互有优缺点，图4所示为经典电反馈稳频方框原理图[3]。
图 4电反馈稳频方框原理图
常见的主动稳频方法如表1所示：
