近期，北京大学陈景标教授团队在国际上首次提出并成功实现了基于原子选频技术的佛克脱光学频率标准，实现了小型化光频标的全自动化高性能运行。该研究突破了原子滤光器在光通信领域中低光强应用的限制，创新性地提出了基于原子选频技术的佛克脱激光（voigt laser），利用其自动对准原子谱线的特性，并结合全自动化调制转移谱（mts）频率锁定方案，在复杂环境下构建出具有高鲁棒性和可自动运行的高性能光钟系统。这项成果充分展示了原子选频激光器在实现小型化、无人化设备方面的巨大潜力，为便携式原子钟在科研与军民两用领域的广泛应用开辟了新路径。相关研究成果以“turn-key voigtopticalfrequency standard”为题发表于《photonics research》2025年第4期，并被选为封面文章。
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图1 Photonics Research 2025年第4期On the Cover
图2 文章截图
在精密时间频率测量领域，如何克服传统高性能光钟系统复杂、难以搬运、成本高昂等难题，实现在野外或移动平台等恶劣环境条件下保持高精度稳定运行，是当前极具挑战性的前沿课题。本研究聚焦于佛克脱原子滤光器（Voigt anomalous dispersive optical filter, VADOF）在大光强和强磁场环境下的透射谱特性，揭示了其独特的物理机制，并赋予佛克脱激光器频率“自对准”的能力——即能够自动锁定在铷-85原子D2跃迁谱线上。研究团队进一步结合MTS稳频技术，研制出一台小型化的佛克脱光频标装置。该装置不仅达到了国际领先的长期频率稳定度（万秒稳定度达到10-13量级），还将VADOF的“自对准”特性转化为光频标的“一键启动”功能。这一突破有效解决了现有光钟系统高度依赖高性能本地振荡器的问题，在长时间运行或剧烈环境变化（如振动、温度骤变）下，无需人工干预即可维持稳定运行，真正实现了全自动、无人值守的操作模式。
图3 佛克脱激光实验系统（左）和频率特性（右）
图4 佛克脱光频标实验系统（左）和频率稳定度指标（右）
该研究充分证明了基于原子选频机制（如VADOF）的激光器在开发小型化、高集成度、无人化光频标中的显著优势，为新一代高性能便携式原子钟的研发提供了切实可行的技术路线。该成果有望广泛应用于基础科学研究、国防安全、航空航天、地质勘探、通信导航等多个军民融合领域，标志着光钟技术向实用化和普及化迈出关键一步。
该工作由北京大学电子学院陈景标教授和党安红教授、集成电路学院史田田助理研究员共同指导完成。论文第一作者为电子学院博士生刘子捷，其他作者包括北京大学博士生王志洋、秦晓敏、关笑蕾、史航博、魏苏阳、张佳、肖正，以及联合计量科学研究院曹士英研究员。研究得到了科技创新2030—“量子通信与量子计算机”重大项目、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、温州重大科技创新重点项目等资助支持。
