超窄线宽稳频激光具有频谱分辨率高、频率稳定度高、频率噪声低的特点，它是原子光钟、高分辨光谱、引力波探测、低噪声微波源和光学频率合成器等研究的关键器件。窄线宽稳频激光的性能决定了光谱的分辨率、精密测量的灵敏度以及频率合成的噪声水平，因此国际上许多研究小组不断提高稳频激光的性能。
实验室于2005年开始研制窄线宽稳频激光系统，于2008年初步建立了两套1064nm窄线宽稳频激光系统，当时激光的线宽达到2Hz，为国内首台赫兹量级线宽的激光系统。之后，突破了激光功率起伏噪声、光纤随机相位调制噪声和电光调制器中剩余幅度噪声等对稳频激光系统的影响后，于2013年在国内率先研制成0.6Hz线宽稳频激光，其秒稳达到1.2×10−15，达到了它的光学参考腔的热噪声限制的激光频率稳定度。该激光系统为后续研究光学频率合成和高精度光学分频提供了高性能的参考激光，它也将在空间引力波探测、深空导航中发挥非常重要的作用。
为了提高窄线宽稳频激光系统的性能，他们研制了具有低热噪声特点的光学参考腔系统。采用30 cm长的ULE腔体，并配合熔石英的高反射率镜片，实现将参考腔的热噪声降低到1.6×10−16。为了获得频率不稳定度在10-16的激光，他们重点克服了环境振动噪声对激光系统的影响。一方面尽可能克服实验室振动噪声大的问题，另一方面通过数值模拟计算结合反复的实验测量，选择最佳的参考腔支撑方式，最终将参考腔对外界振动的敏感度降低至5×10-10/g，从而使振动噪声的影响接近参考腔的热噪声极限。通过两套性能类似的稳频激光系统之间频率比对测试，证明每台激光的线宽已压缩至0.2Hz，频率不稳定度达到1.8×10-16（1秒积分时间），已接近光学参考腔热噪声限制的频率不稳定度，如图1所示。该项研究工作发表在Opt. Express, 26, 18699 (2018)上，将为实现亚赫兹线宽光梳、低噪声高精度光频合成、高分辨光谱等研究提供更高性能的参考激光。
图1 （a）两套稳频激光拍频信号的激光频率不稳定度测试结果，参考腔的热噪声为蓝线所示；（b）两套稳频激光拍频信号的线宽测试结果，拍频信号的最可几线宽为0.3Hz，推算成每套稳频激光的线宽为0.2Hz。插图为其中一组激光拍频信号线宽测试数据。
