近期，中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部在光纤干涉仪激光稳频研究中取得重要进展。研究组首次采用保偏光纤的不同偏振轴构建双干涉仪稳频系统，利用两偏振分量相移对温度的不同响应，分别用于激光频率的锁定和补偿光纤温度引起的频率波动。相关成果以“Temperature insensitive FDL－stabilized laser using a PMF－based dual interferometer”为题发表于Optics Letters。
超稳激光在精密测量领域的应用对激光器的性能提出了越来越高的需求。基于光纤延迟线的全光纤稳频激光，由于其高度紧凑型和可靠性，并且可以实现快速的宽带频率调谐的特点而被关注。如今此类超稳激光的短期频率稳定性主要受限于光纤的本征热噪声，而长期稳定性由于受温度扰动而迅速恶化。目前较多采用真空多层热屏蔽以及多级控温措施来抑制温度的干扰，这些措施增加了系统的复杂性从而限制了稳频激光器的广泛应用，亟需新的方式来解决这个问题。
保偏光纤可以同时传输两种偏振态正交的光束，并保持传输光偏振态的稳定。由于保偏光纤快慢轴的热光系数不同，因此对温度的响应也不同。研究团队利用这个特性将保偏光纤的快慢轴用来同时传输激光，构成一个参数不同的双路光纤干涉仪。激光频率被锁定在其中一个干涉仪上，光纤温度的波动引起干涉仪光程的变化，进而引起稳频激光频率的波动。从两个干涉仪提取出的相位差信号可以表征为光纤两个偏振方向上激光传输的光程差波动，其与光纤路径上的温度变化具有极高的相关性。将提取的相位差信号用来补偿稳频激光的频率变化可以将同样温度波动下引起的频率波动抑制超过25倍。通过这种方式可以显著改善稳频激光的温度敏感性，提升长期频率稳定性，推进光纤干涉仪稳频激光在空间引力波探测等领域中的应用。
相关工作得到了科技部引力波重点专项（2021YFC2201803，2021YFC2201904）的支持。
图一 双干涉仪稳频激光原理图
图二 稳频激光补偿前后频率波动（a）和频率稳定度（b）