在通讯、雷达、全球定位系统等应用中，人们不断追求噪声更低、精度更高的电磁波，从而增大通讯容量、提高定位精度。在这些应用中，微波频率合成器发挥了重要作用，它能在所需要的频率处输出与微波钟性能相当的电磁波信号。

近年来，光波波段的电磁波（频率比微波高四个数量级）的性能已超越了微波：低噪声光学振荡器的频率稳定度已达到10^-17量级（1秒积分时间），光钟的精度已到10^-18量级，比铯喷泉钟还好两个数量级。有了如此性能优异的电磁波，不仅能建立新一代时间频率标准，在高新技术应用中发挥不可替代的作用，还能以前所未有的精度和灵敏度探索基本物理常数是否随时间变化、实现厘米量级引力势测量、相对论验证等研究。由于光波振荡器或光钟只工作在特定光频处，我们还需要光学频率合成器，将低噪声和高精度的光钟频率特性传递到所需要的频率处。光学频率合成器的研究关键在于：光频合成过程不能破坏频率精度和相干性。

精密光谱实验室的研究团队报道了有望采用芯片光梳实现高精度光学频率合成。他们将光梳锁定于铷钟，光梳梳齿的频率稳定度为2*10^-11（1秒平均时间）。使用频率噪声如此大的光梳，采用光梳频率噪声免疫技术也能实现低噪声高精度的光学频率合成：光频合成噪声为6 * 10^-18（1秒平均时间），光频合成精度为5 * 10^-21，表明它能对世界上最低频率噪声或最高频率精度的光波进行频率合成而不影响其性能。利用该技术，他们将1064 nm稳频激光的性能传递到578 nm，获得了线宽为Hz量级的镱原子光钟跃迁谱线，并将偏离跃迁中心频率的误差信号反馈给1064 nm稳频激光，最终将镱原子光钟的频率精度高保真地传递到了530nm-1100nm范围。该工作发表于Photon. Res. 9, 98 (2021)。

马龙生教授深有感触：40年前当他第一次使用无线电波频率合成器时，他就梦想有一台光学频率合成器，用于开展精密光谱研究；2000年光梳的诞生为实现这个梦想铺平了道路；经过20年的奋斗，他们相继研制了窄线宽稳频激光、基于光梳频率噪声免疫技术的光学频率合成器、冷镱原子光钟系统，并将它们集成为一个具有光钟精度的频率合成系统，为光钟应用于精密光谱和精密测量迈出了必要的一步。

以光钟为频率基准的光学频率合成器