光晶格钟需要高稳定度的超稳激光, 而超稳激光的频率稳定性受限于超稳腔的热噪声和温度涨落, 因此, 降低超稳腔的温度涨落对于超稳激光的频率噪声达到热噪声极限具有重要意义。分别从时域和频域上分析了达到热噪声极限对超稳腔温度稳定性的要求, 设计了超稳腔控温系统, 其包括一层被动隔热、两层主动控温的超稳腔真空系统和主动控温装置; 找到了超稳腔的零膨胀工作温度; 测量了真空隔热系统的温度传递时间常数(3.6 d); 监测了真空腔内主动控温层11 d的温度涨落(<1 mK)。通过实验测量和理论分析, 在频域和时域上分别计算得到了超稳腔的温度波动, 确定了千秒内的温度涨落引起的频率噪声均在热噪声极限以下。利用磁光阱产生的199Hg冷原子的钟频跃迁光谱测得超稳腔的长期温度漂移为4.2 kHz/d, 符合Hg原子光晶格钟的要求。

为抑制连续激光器的长期频率漂移,以精密波长计为参考频率标准,由计算机控制可 实现连续激光无调制稳频。此方法从计算机获取波长计数据,利用数字比例积分微分(PID)计算 出输出给激光器的反馈电压值,从而修正激光器腔长、实现激光器频率的锁定。此方法可用于目前 商业激光器光谱范围内的任意波长,能在激光器频率可调节范围内任意频率点进行锁定。用此方法实现了对631 nm外腔 半导体激光器的锁定,获得了1 h频率不确定度为7.4 MHz、长期频率漂移率为±1.1 MHz/h的稳定锁定。