近日，光量子技术与器件全国重点实验室、山西大学光电研究所量子传感实验室在超越散粒噪声极限的激光相位稳定技术方面取得重要进展。该研究团队首次提出并实验实现了一种基于腔耦合马赫-曾德尔干涉仪的非经典激光相位稳定方案。该研究首次实现了在无需额外振幅噪声预稳定的条件下，通过压缩真空注入增强激光相位噪声抑制，并获得了6.2 dB的量子增强噪声抑制效果。相关成果以“Sub-shot-noise laser phase stabilization via cavity-coupled Mach-Zehnder interferometer”为题，发表于Laser & Photonics Reviews期刊上。论文第一作者为光电研究所博士生焦南婧，共同一作为博士生李瑞鑫，通讯作者为郑耀辉教授和王雅君教授。光电研究所博士生安炳南，硕士生刘骏杨，以及陈力荣副教授和史少平副教授均参与了本项工作。

低噪声激光是高相干光通信、光学频率标准、量子精密测量和先进传感等领域的核心基础。随着传统激光噪声抑制技术逐渐接近经典极限，光场自身的量子噪声成为限制激光稳定性能进一步提升的关键因素。基于压缩光注入的量子增强技术为突破散粒噪声极限提供了新途径，但现有激光相位稳定方案仍面临技术噪声耦合严重、量子增强效果受限等挑战，其核心问题在于如何实现高灵敏度相位噪声读取，并在抑制技术噪声的同时充分发挥量子增强优势。

研究团队通过融合光学腔频率响应、马赫–曾德尔干涉测量与压缩光量子增强技术，提出了腔耦合马赫–曾德尔干涉仪量子增强激光相位稳定方案，如图1。该方案利用光学腔引入的频率相关相位响应，并结合马赫–曾德尔干涉实现相位噪声到强度信号的高效转换，同时结合高共模抑制平衡探测技术消除了振幅噪声等技术噪声影响，进一步通过压缩真空注入降低量子噪声，实现了无需额外振幅噪声预稳定的非经典反馈控制。实验结果表明，该系统在5 kHz–200 kHz频段内实现了超越散粒噪声极限的激光相位噪声抑制，并获得最高6.2 dB的量子增强效果，如图2。该工作为构建超低相位噪声激光系统提供了新的技术路径，有望推动量子精密测量、光学频率标准及高相干通信等领域的发展。