近日，华中科技大学国家精密重力测量科学中心在光学频率参考领域取得重要研究成果。研究团队提出并实现了一种基于法布里-珀罗（FP）腔与碘分子混合锁定的超稳激光源，频率稳定度在0.1 s至10⁵s的六个量级时间尺度积分时间内达到3×10^-15水平，频率漂移率低至1.3×10^-19/s，为频率标准空间应用提供了全新解决方案。相关成果发表于Photonics Research14, 2722-2730（2026），并被选为Editor’s Pick。

高精度空间科学任务如空间引力波探测、下一代全球导航卫星系统（如Kepler系统）和卫星地球重力场测量，对激光频率参考的稳定度提出了极为严苛的要求。这些任务所关注的频段覆盖范围广泛，而现有单一频率参考技术难以在宽频段内同时满足其稳定度需求。传统Fabry-Perot（FP）腔锁定激光具有优异的短期稳定度，但长期漂移显著；而碘分子稳频激光虽具备绝对频率参考和长期稳定优势，短期性能却受限于自然线宽。

通过建立混合锁定理论模型，研究团队确定了“先腔后碘”的控制顺序：先将激光锁定至FP腔以压窄线宽、提升短期稳定度，再将窄线宽激光锁定至碘分子谱线，从而提高碘稳频精度并获得长期频率稳定度，如图1所示。基于该控制顺序，系统仅需一个电光调制器即可同时完成FP腔与碘分子参考之间的频率桥接以及碘稳频锁定。模型计算表明，该方案无需依赖氢钟、铯钟等外部高稳定频率参考，可显著提升系统的集成度与自主运行能力。模型还进一步揭示了FP腔与碘分子参考在不同频段下的权重分配机制，并通过调控碘锁定环路增益，实现了短期稳定度与长期稳定度的优化平衡。

图1：混合锁定系统实验方案示意图

（左：混合锁定实现方案；右：碘分子与FP腔核心装置）

实验结果显示，经混合锁定后的激光在0.1 s至10⁵s范围内频率稳定度达到3×10^-15水平，在10⁵s处达到3.7×10^-15，频率漂移率仅为1.3×10^-19/s，与低温超稳激光水平相当，但系统体积和复杂度大幅降低，如图2所示。研究还系统分析了振荡器噪声和电压采集混叠噪声对系统性能的影响，验证了使用内部晶振即可满足高性能需求，进一步提升了系统的空间适应性。

图2：混合锁定激光的频率稳定度与漂移率。

(a)漂移率；(b)频率不稳定度；(c)参考源的噪声贡献

华中科技大学国家精密重力测量科学中心、物理学院博士生吴祺跃为论文第一作者，张洁教授为论文通讯作者。研究工作获得国家重点研发计划（2022YFC2204002, 2022YFB3904002）和国家自然科学基金（12574530）等项目支持。

文章链接：Qiyue Wu, Zhiyuan Wang, Zhenqi Zhang, Jialu Chang, Xingyue Liu, Siqi Wu, Jingxuan Zhang, Qiang Wei, Xiaoxu Chen, Yanfang Yi, Xiaojie Wang, Ke Deng, Zehuang Lu, and Jie Zhang, "Hybrid cavity–iodine-locked optical frequency reference with 3 × 10⁻¹⁵instability across six decades" Photonics Research14, 2722-2730 (2026).https://doi.org/10.1364/PRJ.585733