近期北京大学陈景标教授团队，于国际首次提出并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。该研究突破原子滤光器在光通信领域的低光强应用限制，提出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，结合全自动化调制转移谱（MTS）频率锁定方案，共同构筑了在恶劣环境下的具有高鲁棒性、可自动运行的高性能光钟。展示了原子选频激光器在小型化、无人化开发中的巨大潜能，为便携式原子钟设备在科研、军民两用的应用提供了新途径。相关研究成果以“Turn-key Voigtopticalfrequency standard”为题发表于Photonics Research 2025年第4期，被遴选为封面文章。

图1 Photonics Research2025年第4期On the Cover

图2 文章截图

在精密时间频率领域，如何突破高性能光钟系统复杂、难以搬运、制造成本高的局限，实现在野外、移动平台等复杂外场条件下维持高精度连续运行，极具前沿研究价值。本工作聚焦佛克脱原子滤光器（Voigt anomalous dispersive optical filter, VADOF）在大光强、强磁场条件下的透射谱研究，揭示其独特物理机制，赋予佛克脱激光器频率“自对准”能力——自动锁定在铷-85原子D2线跃迁谱线。研究团队结合MTS稳频技术，成功研制小型佛克脱光频标。不仅实现了国际领先的长期频率稳定度（万秒稳定度达中系数10^-13量级），且将VADOF“自对准”特性转化为光频标“即开即用”功能。该突破可解决现有光钟的痛点：高度依赖高性能本地振荡器，在长时间连续运行或剧烈环境冲击（如振动、温度骤变）下，频率稳定性显著下降，必须依赖人工干预进行重新锁定和维护，导致自动化运行中断。佛克脱光频标可从根本克服了该限制，实现真正意义上的全自动化、无人值守运行。

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）

该工作充分展现了基于原子选频（如VADOF）的激光器在小型化、高集成度、无人化光频标开发中的巨大潜力与优势，为开发新一代高性能便携式原子钟开辟了一条切实可行的新路径，极大地拓展了其在前沿科学研究、国防安全、航空航天、地质勘探、通信导航等军民融合领域的广泛应用前景，标志着光钟技术向实用化、普及化迈出了关键一步。

该研究在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的指导下顺利完成，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，联合计量科学研究院曹士英研究员共同完成。此外，研究工作还得到了科技创新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的资助与支持。

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论文链接：https://opg.optica.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-13-4-1083&id=569925

DOI:https://doi.org/10.1364/PRJ.545009

推荐阅读：

[1] Dual-frequency optical-microwave atomic clocks based on cesium atoms[J]. Photonics Research, 2024, 12(9):1972.

[2] An atomic filter laser with a compact Voigt anomalous dispersion optical filter[J]. Applied Physics Letters, 2023, 123(13).

[3] Faraday-laser-pumped cesium beam clock[J]. Physical Review Applied, 2025, 23(3):034018.

中国激光杂志社对此成果的报道：

https://mp.weixin.qq.com/s/PaI29cKvmpZNwy1ysXI1Hw