英国国家物理研究院(NPL)在激光频率稳定领域实现重大突破
激光频率稳定性是高精度科学研究与前沿技术应用领域的核心基础,其性能水平直接决定了下一代光学原子钟精度、全球定位导航系统时间同步、长距离电信信号传输抗干扰能力等关键领域的技术上限。近日,英国国家物理研究院(NPL)科研团队在该领域取得里程碑式进展,通过创新研发超长光学参考腔与主动噪声抵消技术方案,将激光频率稳定性能提升至国际领先水平,相关成果为多领域技术升级与科学研究突破提供了关键支撑。

核心技术突破:68厘米光学参考腔实现300微秒创纪录光学存储
将激光频率锁定于光学参考腔,是业界公认的实现超高频率稳定性的成熟技术路径,但传统方案长期受限于光学存储时间较短、系统噪声干扰显著等技术瓶颈。此次NPL团队的首要创新成果,在于成功研发出长度达68厘米的超长光学参考腔,并基于该腔体实现300微秒的创纪录光学存储时间,突破了传统腔体设计的性能局限。
从技术原理来看,激光进入光学参考腔后,会在腔体两端高反射镜之间形成持续反射循环,其存储时间直接对应激光在腔体内的有效传播距离。300微秒的存储时间意味着,该激光在腔体内的等效传播距离约为100公里,相当于两次穿越英吉利海峡隧道(全长约50公里)的距离。更长的光学存储时间能够显著降低激光频率的短期波动,为激光频率校准提供更稳定的基准参照,其技术逻辑类似于通过加长测量标尺以降低长度测量误差,为后续高精度频率控制奠定了核心基础。
关键技术创新:主动噪声抵消技术攻克残余幅度调制干扰
在激光频率稳定过程中,相位调制技术是实现频率精准控制的必要手段,但该技术会不可避免地引入“残余幅度调制(RAM)”噪声——此类噪声会直接破坏激光频率的稳定性,成为制约激光稳频精度进一步提升的核心制约因素。针对这一行业共性难题,NPL团队研发并成功验证了专属主动噪声抵消技术。
该技术通过实时监测残余幅度调制噪声的特征参数,生成与噪声信号幅值相等、相位相反的补偿信号,实现对残余幅度调制噪声的精准抵消,大幅削弱其对激光频率稳定性的干扰。助理研究员AdamL.Parke指出:“残余幅度调制若未得到有效管控,将严重限制激光频率稳定性能的提升,本次技术创新为解决这一关键问题提供了有效方案,对推动激光稳频技术发展具有重要意义。”该技术的成功应用,使超长光学参考腔的存储时间优势得以充分发挥,进一步提升了激光频率的长期稳定性。
应用价值与行业影响:覆盖多领域技术升级需求
此次激光频率稳定技术突破具有广泛的应用前景,其核心价值首先体现在下一代光学原子钟的性能提升上。作为未来全球时间基准的核心设备,光学原子钟的精度高度依赖稳定的激光光源,NPL团队的技术方案可显著降低光学原子钟的频率误差,为国家时间保持体系的升级提供关键支撑——例如将全球时间同步误差缩小至纳秒级,进而提升全球定位系统(GPS)等导航设备的定位精度,为未来“厘米级”高精度导航技术的落地奠定基础。
此外,该成果在电信、激光源表征及基础科学研究领域亦具有重要应用价值:在电信领域,稳定的激光频率可减少长距离信号传输中的干扰,提升通信质量与数据传输可靠性;在激光源表征领域,可为各类激光设备的性能校准提供更高精度的标准参照;在基础科学研究领域,为量子物理、天体测量等需超高精度实验条件的研究方向,提供了关键技术保障。
学术认可:成果入选《光学快报》“编辑精选”
该研究的科学价值与创新水平获得国际学术领域的高度认可,相关研究论文被国际权威期刊《光学快报》(OpticsLetters)遴选为“编辑精选”栏目收录。“编辑精选”是该期刊为表彰具有卓越科学质量、重大创新价值及行业影响力的研究成果设立的专项荣誉,此次收录充分体现了业界对NPL团队技术突破的认可。
首席研究员MarcoSchioppo表示:“基于光学参考腔的激光稳频技术,是高精度时间与频率测量领域的通用核心工具。本次研究不仅实现了技术指标的突破,更致力于为高性能激光研发提供技术路径,未来有望对多领域技术应用与科学研究产生广泛且积极的影响。”
NPL团队此次在激光频率稳定领域的突破,不仅刷新了该领域的技术指标,更构建了“超长光学参考腔+主动噪声抵消”的创新技术框架。随着该技术的进一步产业化落地与迭代优化,将为高精度制造、空间探测、量子通信等领域的技术升级提供重要支撑,推动相关产业与科学研究向更高精度、更高可靠性方向发展。
-
激光损伤阈值(LIDT)测试技术:ISO 21254标准解读与工程实践
高功率激光系统中的光学元件,承受着每平方厘米数焦耳至数千焦耳的能量密度。一片反射镜的膜层在若干次脉冲后出现针孔——系统功率被迫降级,甚至整机返修。激光诱导损伤阈值(LIDT)是决定光学元件"能承受多强的光而不坏"的核心参数。本文从损伤机理、ISO 21254标准测试方法和工程选型三个维度,系统介绍LIDT测试的技术体系。
2026-07-07
-
DUV vs EUV光刻物镜装调:两种技术路线的精度博弈
DUV 和 EUV,两代光刻技术的核心光学系统,分别在 193nm 和 13.5nm 波长下工作。它们的装调精度要求相差的不是百分比,而是数量级。更关键的是,它们的装调方法论本身就是两套完全不同的逻辑。
2026-07-07
-
OptiCentric® Bonding 胶合装调系统,从"手感对准"到"算法锁定"
手动胶合时代,师傅的手感是精度上限——推到位靠经验,固化漂移靠运气,量产一致性靠祈祷。Bonding系统把这三件事交给算法:SmartAlign定义正确的轴、算法驱动精确的调整、梯度固化锁住精确的结果。
2026-07-07
-
精密光学检测实验室建设指南:从环境控制到设备布局的工程实践
一台精度λ/50的干涉仪放在一间没有温控的普通房间里,实测精度可能退化到λ/10以下。精密光学检测设备不是"买来就能用"的——它们的精度发挥严重依赖环境条件。本文从温度、湿度、振动、洁净度和设备布局五个维度,系统梳理精密光学检测实验室的建设要求和工程实践,为光学制造企业在规划检测实验室时提供可参考的技术框架。
2026-07-06
-
红外热像仪镜头选型指南:短焦、中焦与长焦的参数原理及场景适配
在红外热像仪的选型过程中,用户通常优先关注探测器分辨率参数,如384×288、640×512、1280×1024等指标。但在实际应用场景中,镜头焦距的适配性往往直接决定最终观测效果:同一台640×512分辨率的热像仪,搭配短焦镜头可实现大范围场景覆盖,但远距离小目标仅能占据少量像素;搭配长焦镜头可放大远处目标细节,但视场范围大幅收窄,搜索效率下降;中焦镜头虽兼顾二者特性,却未必适配所有特定场景。
2026-07-06
