CN116073226A - 基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频装置及方法 - Google Patents

基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频装置及方法 Download PDF

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CN116073226A CN202310197439.7A CN202310197439A CN116073226A CN 116073226 A CN116073226 A CN 116073226A CN 202310197439 A CN202310197439 A CN 202310197439A CN 116073226 A CN116073226 A CN 116073226A
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Abstract

本发明公开了一种基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频装置，该装置包括碱金属原子蒸气室，泵浦光与信号光以满足四波混频所需的相位匹配夹角入射至碱金属原子蒸气室，得到增益信号光和共轭光，增益信号光或共轭光作为发出信号光的第二相干光源的稳频参考光信号。本发明还公开了一种基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频方法，将四波混频过程产生的拉曼增益信号光或新生成的共轭光作为稳频参考信号用于获得超窄线宽的原子鉴频信号，且可实现与原子共振频率具有较大失谐量的激光偏置稳频。本发明的超窄线宽激光偏置稳频方案可应用于原子干涉仪，原子磁力计和核磁共振陀螺仪等领域。

Description

基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频装置及方法
技术领域
本发明涉及原子物理、光学、激光技术等领域，具体涉及一种基于四波混频超窄光谱的激光偏置(偏离原子共振频率)稳频装置，还涉及一种基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频方法。本发明适用于激光探测、量子传感、量子精密测量等领域。
背景技术
当前，精密测量技术在物理、生物、材料、导航等众多领域发展迅速并获得广泛应用。激光作为精密测量领域中的主要测量工具，其本身的频率稳定性是影响系统测量精度的主要因素。激光的频率稳定性受到外界的温度湿度变化、机械振动、光学原件的位置改变，激光器内部的电噪声等多种因素的影响。传统的稳频方法主要分为被动式与主动式，被动式稳频方法采用物理隔振，控温等被动措施来稳定激光器的输出功率；主动式稳频方法则是采用一个稳定的光学频率参考，通过光学频率参考获得激光稳频的鉴频误差信号，再通过反馈系统来实时校正激光的输出频率。例如，常用的饱和吸收稳频技术和偏振谱稳频技术，均采用消除多普勒展宽的原子谱线作为激光稳频的参考信号，实现激光器对某一特定原子跃迁频率的稳频。但是，以上基于原子谱线的稳频方案通常仅能实现与原子共振频率的激光稳频，稳频激光线宽受到原子自然线宽的限制，且激光频率的稳定性有待进一步提高，另外该方法一套设备仅能得到某一频率的稳频光源，难以实现同时两束频差相对稳定的稳频激光光源。通过PDH(Pound-Drever-Hall)技术，使用外部的光学腔获得稳频参考信号，可实现激光相对原子非共振频率的稳频。然而，PDH稳频利用光学谐振腔的共振频率作为稳频参考频率，其稳频精度依赖于外腔的精细度与稳定性，不易获得较好的长时稳定性。
发明内容
本发明针对现有激光稳频技术的不足，提出了一种基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频装置以及一种基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频方法。
为了实现上述的目的，本发明通过以下技术措施实现：
基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频装置，包括碱金属原子蒸气室，泵浦光与信号光以满足四波混频所需的相位匹配夹角入射至碱金属原子蒸气室，得到增益信号光和共轭光，增益信号光或共轭光作为发出信号光的第二相干光源的稳频参考光信号。
所述增益信号光或共轭光通过光电探测器得到探测信号与激光调制模块输出的调制信号同时输入至激光锁频模块，激光锁频模块输出鉴频信号至第二相干光源的激光控制模块。
所述泵浦光依次透过整形棱镜、第一变倍扩束镜和第一λ/2波片，之后由第一偏振分束镜反射得到的偏振泵浦光入射至第二偏振分束镜并被第二偏振分束镜反射至碱金属原子蒸气室；信号光依次通过第二变倍扩束镜和第二λ/2波片，再透射第二偏振分束镜得到偏振信号光并入射至碱金属原子蒸气室。
由所述第一偏振分束镜透射的泵浦光入射至饱和吸收稳频系统，得到的第一相干光源的稳频反馈信号再输入至第一相干光源的激光波长锁频模块。
所述碱金属原子蒸气室置于保温模块内，保温模块内还设置有测温铂电阻和加热装置，测温铂电阻将探测的温度信息转换为电信号并输出到精密温控装置，精密温控装置将电信号与精密温控装置设定的温度值的差值输出至直流稳压电源，直流稳压电源输出调节电流到加热装置。
四波混频后从所述碱金属原子蒸气室还出射有剩余的出射泵浦光，剩余的出射泵浦光、增益信号光和共轭光出射碱金属原子蒸气室后同时依次通过第三λ/2波片和λ/4波片，剩余的出射泵浦光再经第三偏振分束镜反射到光学挡板，增益信号光和共轭光透射第三偏振分束镜。
基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频方法，应用所述的基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频装置，具体步骤如下：
步骤1、搭建基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频的装置；
步骤2、调节饱和吸收稳频系统选择将泵浦光频率稳定在饱和吸收稳频系统的碱金属原子共振跃迁线上；
步骤3、通过精密温控装置调节碱金属原子蒸气室内温度范围至60℃～120℃使金属原子蒸气室出射增益信号光和共轭光；
步骤4、扫描第二相干光源的激光频率，扫描宽度为10GHz，采集第一光电探测器的第一探测信号或第二光电探测器的第二探测信号，再将第一探测信号或第二探测信号接入信号放大器，信号放大器的输出再依次经过信号滤波电路和激光锁频模块，最终接入第二相干光源的激光控制模块；
步骤5、调节激光调制模块并通过激光锁频模块对第二相干光源的扫描信号上施加频率为ωmod的调制信号，调制频率大于第二相干光源本身的扫描频率。
所述步骤5中，第二相干光源的扫描信号频率为ω(t)＝ω0+Δω×sin(ωmod×t)，其中ω0为第二相干光源初始频率，Δω为第二相干光源本身的扫描频率，t为时间；光电探测器的探测信号为S(t)＝S0+S’(ω0)×Δω×sin(ωmod×t)，S0为第二相干光源频率在ω0时电探测器探到的探测信号，S’(ω0)为光电探测器接收频率为ω0激光后输出探测信号的的导数；探测信号接入激光锁频模块，之后乘上调制信号得到经调制的探测信号：
S(t)×sin(ωmod×t)
＝1/2×S’(ω0)×Δω+S0×sin(ωmod×t)-S’(ω0)×Δω×cos(2×ωmod×t)
经调制的探测信号通过激光锁频模块中的低通滤波器得到调制解调信号Output＝1/2×S’(ω0)×Δω。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明中的激光稳频方法，利用原子蒸气中四波混频过程产生的拉曼增益信号光或新生成的共轭光作为稳频参考光信号进行鉴频，可以获得低于原子自然线宽的超窄线宽的原子鉴频信号，从而实现更优的激光频率稳定性。
2、本发明中用于产生稳频鉴频信号的拉曼增益信号光或新生成的共轭光，其频率相对于原子共振频率具有较大的失谐量(远大于室温下原子的多普勒展宽)，从而使得激光频率可以稳定在非原子跃迁共振频率处。与目前常用的基于原子谱线的激光稳频方案——饱和吸收谱、偏振谱等稳频方案相比，本发明解决了现有激光偏置稳频方法的不足，提供了一种基于窄线宽原子鉴频信号的激光偏置稳频新方法，实现相对原子共振频率具有大失谐的激光稳频系统，可应用于原子的激光冷却、原子干涉仪、原子磁力计和核磁共振陀螺仪等精密传感器。
3、本发明中基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频装置及方法，同时可用于实现两束频差相对稳定的稳频激光光源。本发明可应用于基于双光束强度差压缩光的量子精密测量中、原子干涉实验中的拉曼光，以及原子磁力计的关联探测光源，进一步提升原子干涉仪和核磁共振陀螺仪等量子传感器的测量稳定性。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图1中：1-第一相干光源；2-第二相干光源；3-整形棱镜；4-第一变倍扩束镜；5-第一λ/2波片；6-第一偏振分束镜；7-第二变倍扩束镜；8-第二λ/2波片；9-第二偏振分束镜；10-碱金属原子蒸气室；11-第三λ/2波片；12-λ/4波片；13-第三偏振分束镜；14-光学挡板；15-第一光电探测器；16-第二光电探测器；17-信号放大器；18-计算机；19-激光锁频模块；20-激光调制模块；21-信号滤波电路；22-精密温控装置；23-直流稳压电源；24-测温铂电阻；25-加热装置；26-保温模块；27-增益信号光(四波混频过程增强的信号光)；28-共轭光(四波混频过程新产生的光)；29-数据采集卡；30-饱和吸收稳频系统。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合图1以及实施方法对本发明进一步的阐述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频装置，包括光路单元、原子蒸气室单元、信号探测单元、频率稳定单元，本实施例中原子蒸气室单元使用碱金属铷原子。
光路单元包括：第一相干光源1、第二相干光源2、整形棱镜3、第一变倍扩束镜4、第一λ/2波片5、第一偏振分束镜6、第二变倍扩束镜7、第二λ/2波片8、第二偏振分束镜9、第三λ/2波片11、λ/4波片12、第三偏振分束镜13、光学挡板14。
原子蒸气室单元包括：碱金属原子蒸气室10、精密温控装置22、直流稳压电源23、测温铂电阻24、加热装置25、保温模块26。在碱金属原子蒸气室10中进行四波混频过程。
信号探测单元包括：第一光电探测器15、第二光电探测器16、信号放大器17、信号滤波电路21、数据采集卡29、计算机18。
频率稳定单元包括：激光调制模块20、激光锁频模块19。
光路单元中，第一相干光源1作为四波混频过程的泵浦光光源，由第一相干光源1出射的泵浦光依次透过整形棱镜3、第一变倍扩束镜4和第一λ/2波片5，之后由第一偏振分束镜6进行分束，经第一偏振分束镜6反射得到偏振泵浦光，偏振泵浦光入射至第二偏振分束镜9并被第二偏振分束镜9反射至碱金属原子蒸气室10，经第一偏振分束镜6透射的泵浦光入射至饱和吸收稳频系统30，得到第一相干光源1的稳频反馈信号再输入至第一相干光源1的激光波长锁频模块，实现对第一相干光源1输出泵浦光频率稳频。第二相干光源2出射的激光作为四波混频过程的信号光，信号光与泵浦光呈一定夹角并依次通过第二变倍扩束镜7和第二λ/2波片8，再透射第二偏振分束镜9得到偏振信号光，然后入射至碱金属原子蒸气室10。偏振信号光与偏振泵浦光呈一定的夹角入射碱金属原子蒸气室10中，并且在碱金属原子蒸气室10的中心交叉汇合。
碱金属原子蒸气室10置于保温模块26内，保温模块26内还设置有测温铂电阻24和加热装置25，测温铂电阻24将探测的温度信息转换为电信号并输出到精密温控装置22，精密温控装置22可设定碱金属原子蒸气室10内温度，精密温控装置22将电信号与精密温控装置22设定温度值的差值输出至直流稳压电源23，直流稳压电源23根据电信号与设定温度值的差值输出对应的调节电流到加热装置25，使得测温铂电阻24探测的温度信息与设定温度值对应一致，从而调节并稳定碱金属原子蒸气室10内温度使碱金属原子蒸气室10具有合适的光学深度。偏振信号光与偏振泵浦光的夹角满足相位匹配条件时，碱金属原子蒸气室10内发生四波混频过程，将产生信号光的拉曼增益，得到增益信号光27并生成新的频率的共轭光28。由于动量守恒，增益信号光27与共轭光28对称分布在偏振泵浦光的两侧。增益信号光27与共轭光28可分别作为第二相干光源2的稳频参考光信号。
经过四波混频过程后，由碱金属原子蒸气室10出射三束相干光，分别为剩余的出射泵浦光、增益信号光27与新生成的共轭光28。三束相干光同时依次通过第三λ/2波片11和λ/4波片12恢复各自通过碱金属原子蒸气室10发生的偏振面的改变，其中剩余的出射泵浦光通过λ/4波片12后，再经第三偏振分束镜13反射到光学挡板14并被滤除，增益信号光27和共轭光28透射第三偏振分束镜13。
拉曼增益得到的增益信号光27与新生成的共轭光28分别透射第三偏振分束镜13后，增益信号光27或共轭光28通过光电探测器得到探测信号与激光调制模块20输出的调制信号同时输入至激光锁频模块19，激光锁频模块19输出鉴频信号至第二相干光源2的激光控制模块，实现对第二相干光源2的稳频。在本实施例中，增益信号光27入射第二光电探测器16，共轭光28入射第一光电探测器15，第二光电探测器16和第一光电探测器15分别输出第二探测信号和第一探测信号，第二探测信号和第一探测信号通过信号放大器17内开关选择性接入信号放大器17。为记录数据，第二探测信号或第一探测信号经过信号放大器17后得到的探测放大信号分为两路，第一路分信号经由数据采集卡29将信号记录于计算机18中。第二路分信号输入至信号滤波电路21得到经滤波的探测信号作为稳频参考电信号。激光调制模块20输出的调制信号与稳频参考电信号同时输入至激光锁频模块19，激光锁频模块19输出稳频所需要的鉴频信号至第二相干光源2的激光控制模块，从而实现第二相干光源2的稳频。
第一相干光源1为外腔半导体激光器，用于产生四波混频的泵浦光(功率约为200mW)，其具备激光波长扫描模块以及第一相干光源1的激光波长锁频模块，通过饱和吸收稳频系统30得到饱和吸收原子谱线作为第一相干光源1的稳频参考信号，饱和吸收稳频系统30再接入第一相干光源1自身的激光波长锁频模块实现激光稳频。
第二相干光源2，也为外腔半导体激光器，用于产生四波混频的信号光(功率约为100uW)。
整形棱镜3，用于提高第一相干光源1的出射泵浦光光束质量。
第一变倍扩束镜4与第二变倍扩束镜7，分别用于对泵浦光与信号光产生的激光光斑缩束，使泵浦光与信号光以合适的尺寸入射碱金属原子蒸气室10，从而更高效产生四波混频过程。
第一λ/2波片5和第一偏振分束镜6，用于改变泵浦光的偏振面，使泵浦光以水平偏振方向，经过第二偏振分束镜9反射进入碱金属原子蒸气室10。
第二λ/2波片8和第二偏振分束镜9，用于改变信号光的偏振面，使信号光以竖直偏振方向，经过第二偏振分束镜9透射入碱金属原子蒸气室10。
碱金属原子蒸气室10，采用的是铷Rb原子蒸气，用于产生四波混频的介质，偏振信号光与偏振泵浦光以一定的角度在碱金属原子蒸气室10的中心交汇。
增益信号光27，为偏振泵浦光与偏振信号光在碱金属原子蒸气室10内产生四波混频过程后放大的光场，增益信号光27出射方向与入射的信号光方向一致。
共轭光28，为偏振泵浦光与偏振信号光在碱金属原子蒸气室10内产生四波混频过程后新生成的光场，共轭光28出射方向与增益信号光27对称分布于剩余的出射泵浦光两侧。
第三λ/2波片11与λ/4波片12，用于调节剩余的出射泵浦光以及增益信号光27、共轭光28出射碱金属原子蒸气室10的偏振状态。使得剩余的出射泵浦光保持水平偏振，而出射的增益信号光27、共轭光28保持竖直偏振，以便后续通过第三偏振分束镜13进行分离。
第三偏振分束镜13，用于分离剩余的出射泵浦光以及增益信号光27和共轭光28。
光学挡板14，用于过滤经过碱金属原子蒸气室10与第三偏振分束镜13反射后的剩余的出射泵浦光。
第一光电探测器15与第二光电探测器16分别用于探测空间上分束后的共轭光28与增益信号光27。
信号放大器17，用于可选择性放大第一光电探测器15或第二光电探测器16探测到的电压信号即第一探测信号或第二探测信号，通过数据采集卡29，传输至计算机18中，记录信号光27或共轭光28的时域信号。
信号滤波电路21，用于过滤经过信号放大器17得到的探测放大信号的高频噪声。
激光调制模块20，用于产生频率为ωmod的调制信号sin(ωmod×t)。
经信号滤波电路21滤波后探测放大信号接入激光锁频模块19后，乘上激光调制模块20产生的调制信号sin(ωmod×t)得到经调制的探测信号。经调制的探测信号通过激光锁频模块19中的低通滤波器，滤掉高频分量，其结果为接入的滤波后探测信号导数，即稳频所需要的鉴频信号。再结合调节激光锁频模块19中的PID参数，反馈调节第二相干光源2，使得第二相干光源2输出激光频率稳定在增益信号光27或共轭光28的谱峰处。
精密温控装置22，采用的是欧姆龙精密温控，温度稳定性为0.1℃，用于反馈控制稳定碱金属原子蒸气室10内的温度。
直流稳压电源23，用于产生温控电流控制加热装置25。
测温铂电阻24，型号为Pt100，用于测量碱金属原子蒸气室10的温度。
加热装置25，用于加热碱金属原子蒸气室10。
本发明中保温模块26采用保温炉，用于减少碱金属原子蒸气室10内部的热耗散，提高加热的效率与温度的稳定性。
实施例2
本发明还包括一种基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频的方法，包括以下步骤：
步骤1、依据实施例1搭建基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频的装置。
步骤2、调节饱和吸收稳频系统30，第一相干光源1通过饱和吸收光路稳频方法，可选择的将泵浦光频率稳定在饱和吸收稳频系统30的碱金属原子任意共振跃迁线上。
步骤3、启动精密温控装置22，通过测温铂电阻24监测碱金属原子蒸气室10的温度，测温铂电阻24接入精密温控装置22，精密温控装置22PID反馈调节控制直流稳压电源23的输入，使得碱金属原子蒸气室10达到一个稳定的温度，碱金属原子蒸气室10内有合适的原子数密度，满足四波混频过程产生的需求。实验中碱金属原子蒸气的设置工作温度范围为60℃～120℃。碱金属原子蒸气室10出射增益信号光27和共轭光28。
步骤4、扫描第二相干光源2的激光频率，扫描宽度为10GHz，采集第一光电探测器15的第一探测信号或第二光电探测器16的第二探测信号，再将第一探测信号或第二探测信号接入信号放大器17，信号放大器17的输出再依次经过信号滤波电路21和激光锁频模块19，最终接入第二相干光源2的激光控制模块，在本实施例中采集第一光电探测器15的第一探测信号。
步骤5、调节激光调制模块20并通过激光锁频模块19对第二相干光源2的扫描信号上施加频率为ωmod的调制信号，调制频率远大于第二相干光源2本身的扫描频率Δω，调制频率范围选为1-10kHz。此时第二相干光源2的扫描信号频率ω(t)＝ω0+Δω×sin(ωmod×t)，其中ω0为第二相干光源2的初始频率，t为时间；光电探测器的探测信号为S(t)，本实施例中选用第一光电探测器15的第一探测信号，S(t)可以近似为S(t)＝S0+S’(ω0)×Δω×sin(ωmod×t)，其中S0为第二相干光源2频率ω0时光电探测器的探测信号，S’(ω0)为光电探测器接收频率为ω0激光后输出探测信号的导数，在本实施例中即为第一光电探测器15接收频率为ω0激光后输出第一探测信号的导数；探测信号接入激光锁频模块19，之后乘上调制信号得到经调制的探测信号：
S(t)×sin(ωmod×t)
＝S0×sin(ωmod×t)+S’(ω0)×Δω×sin(ωmod×t)2
＝1/2×S’(ω0)×Δω+S0×sin(ωmod×t)-S’(ω0)×Δω×cos(2×ωmod×t)
经调制的探测信号通过激光锁频模块19中的低通滤波器，滤掉信号中的高频分量，其结果可以表示为：
Output＝low pass(S(t)×sin(ωmod×t))＝1/2×S’(ω0)×Δω
其中，Output为调制解调信号，low pass为低通滤波过程，通过该方法得到的调制解调信号1/2×S’(ω0)×Δω∝S’(ω0)，即本实施例中第一光电探测器15测得第一探测信号的导数。
增益信号光27或新产生的共轭光28的激光频率即激光信号峰值处对应的激光频率相较于第一相干光源1的共振频率即泵浦光频率具有一定失谐量，再将增益信号光27或新产生的共轭光28采集并转换处理得到的信号接入激光锁频模块19，由此得到的调制解调信号作为激光器的鉴频信号。通过第二相干光源2的PID反馈电路稳定在第二相干光源2产生拉曼增益信号光27或新产生的共轭光28的频率处。由原子体系中四波混频的原理可知，增益信号光27及新生成的共轭光28相较于频率稳定在原子共振跃迁线上的第一相干光源1输出的泵浦光有较大的失谐量，从而实现与原子共振频率大失谐的激光稳频，并同时得到增益信号光27与共轭光28两束频差相对稳定的激光光源。
本文所描述的技术内容仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体技术方案做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代。但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频装置，其特征在于，包括碱金属原子蒸气室(10)，泵浦光与信号光以满足四波混频所需的相位匹配夹角入射至碱金属原子蒸气室(10)，得到增益信号光(27)和共轭光(28)，增益信号光(27)或共轭光(28)作为发出信号光的第二相干光源(2)的稳频参考光信号。
2.根据权利要求1所述基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频装置，其特征在于，所述增益信号光(27)或共轭光(28)通过光电探测器得到探测信号与激光调制模块(20)输出的调制信号同时输入至激光锁频模块(19)，激光锁频模块(19)输出鉴频信号至第二相干光源(2)的激光控制模块。
3.根据权利要求2所述基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频装置，其特征在于，所述泵浦光依次透过整形棱镜(3)、第一变倍扩束镜(4)和第一λ/2波片(5)，之后由第一偏振分束镜(6)反射得到的偏振泵浦光入射至第二偏振分束镜(9)并被第二偏振分束镜(9)反射至碱金属原子蒸气室(10)；信号光依次通过第二变倍扩束镜(7)和第二λ/2波片(8)，再透射第二偏振分束镜(9)得到偏振信号光并入射至碱金属原子蒸气室(10)。
4.根据权利要求3所述基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频装置，其特征在于，由所述第一偏振分束镜(6)透射的泵浦光入射至饱和吸收稳频系统(30)，得到的第一相干光源(1)的稳频反馈信号再输入至第一相干光源(1)的激光波长锁频模块。
5.根据权利要求4所述基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频装置，其特征在于，所述碱金属原子蒸气室(10)置于保温模块(26)内，保温模块(26)内还设置有测温铂电阻(24)和加热装置(25)，测温铂电阻(24)将探测的温度信息转换为电信号并输出到精密温控装置(22)，精密温控装置(22)将电信号与精密温控装置(22)设定的温度值的差值输出至直流稳压电源(23)，直流稳压电源(23)输出调节电流到加热装置(25)。
6.根据权利要求1所述基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频装置，其特征在于，四波混频后从所述碱金属原子蒸气室(10)还出射有剩余的出射泵浦光，剩余的出射泵浦光、增益信号光(27)和共轭光(28)出射碱金属原子蒸气室(10)后同时依次通过第三λ/2波片(11)和λ/4波片(12)，剩余的出射泵浦光再经第三偏振分束镜(13)反射到光学挡板(14)，增益信号光(27)和共轭光(28)透射第三偏振分束镜(13)。
7.基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频方法，应用权利要求5所述的基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频装置，具体步骤如下：
步骤1、搭建基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频的装置；
步骤2、调节饱和吸收稳频系统(30)选择将泵浦光频率稳定在饱和吸收稳频系统(30)的碱金属原子共振跃迁线上；
步骤3、通过精密温控装置(22)调节碱金属原子蒸气室(10)内温度范围至60℃～120℃使金属原子蒸气室(10)出射增益信号光(27)和共轭光(28)；
步骤4、扫描第二相干光源(2)的激光频率，扫描宽度为10GHz，采集第一光电探测器(15)的第一探测信号或第二光电探测器(16)的第二探测信号，再将第一探测信号或第二探测信号接入信号放大器(17)，信号放大器(17)的输出再依次经过信号滤波电路(21)和激光锁频模块(19)，最终接入第二相干光源(2)的激光控制模块；
步骤5、调节激光调制模块(20)并通过激光锁频模块(19)对第二相干光源(2)的扫描信号上施加频率为ωmod的调制信号，调制频率大于第二相干光源(2)本身的扫描频率。
8.根据权利要求7所述基于四波混频超窄光谱的激光偏置稳频方法，其特征在于，所述步骤5中，第二相干光源(2)的扫描信号频率ω(t)＝ω0+Δω×sin(ωmod×t)，其中ω0为第二相干光源(2)初始频率，Δω为第二相干光源(2)本身的扫描频率，t为时间；光电探测器的探测信号S(t)＝S0+S’(ω0)×Δω×sin(ωmod×t)，S0为第二相干光源(2)频率在ω0时电探测器探到的探测信号，S’(ω0)为光电探测器接收频率为ω0激光后输出探测信号的的导数；探测信号接入激光锁频模块(19)，之后乘上调制信号得到经调制的探测信号：
S(t)×sin(ωmod×t)
＝1/2×S’(ω0)×Δω+S0×sin(ωmod×t)-S’(ω0)×Δω×cos(2×ωmod×t)
经调制的探测信号通过激光锁频模块(19)中的低通滤波器得到调制解调信号Output＝1/2×S’(ω0)×Δω。
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