北京大学电子学院陈景标研究团队在小光钟领域取得重要进展

近期，北京大学电子学院陈景标教授团队于国际首次提出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。相关研究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 Voigt optical frequency standard”为题发表于Photonics Research2025年第4期，被遴选为封面文章。

杂志封面

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该限制，实现真正意义上的全自动化、无人值守运行。

佛克脱激光实验系统（左）和频率特性（右）

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、航空航天、地质勘探、通信导航等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。

该研究在陈景标和北京大学电子学院党安红教授、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，文章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。

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.

附：中国激光杂志社对此成果的报道