Ronald Drever留给激光科学的“财产”

罗纳德·德雷弗（Ronald Drever）以联合创立LIGO项目和引力波研究而闻名，同时他对激光稳定的贡献对光子学界有广泛的影响。

最近几周全球各地多家报纸和科学网站报道了一则令人难过的消息：苏格兰物理学家Ronald Drever，引力波探测的先驱者，于3月7日逝世，享年85岁。世人关注的焦点自然而然集中在Drever联合创建美国激光干涉仪引力波观测台（LIGO）项目方面的贡献。去年该项目通过改进灵敏度，首次报道称发现引力波——这是令人难以置信的壮举，享誉全球。

然而，也许没有被广泛认可的是，Drever研究的创新之处已经成为激光科学的重要一环。所谓的创新即Pound–Drever–Hall (PDH)激光稳定方案，激光器的发射频率通过光学法布里——珀罗腔的谐振被高精度锁定。PDH稳定方法不仅在高灵敏度干涉引力波检测器开发中发挥了重要作用，而且由于实验需要窄线宽稳定激光器，而成为超细原子光谱、光频标准和量子光学的重要且广泛使用的工具。

20世纪70年代，Drever在格拉斯哥大学首次开始了他的引力波检测研究，在那里他和Jim Hough成立了研究小组，主要研究设计、建造和稳定大型光学干涉仪，Jim Hough是格拉斯哥大学引力波研究所主任。20世纪80年代初，Drever搬到美国加州理工学院，与加州理工学院的Kip Thorne和麻省理工学院的Rai Weiss合作，三人创立了LIGO项目，在哈佛和利文斯顿设立两个独立的臂长4公里的巨型L型干涉仪。

PDH项目被首次提出是在1983年发表于《Applied Physics B》杂志的文章“使用光学谐振器稳定激光相位和频率”，文章由格拉斯哥的Drever，Hough等人和来自国家标准局和科罗拉多大学的John Hall和Frank Kowalski等人共同执笔。该方法依赖于捕获和分析光学法布里——珀罗腔反射的已被射频信号相位调制的激光束。所得到的相位测量结果能够给出激光频率相对于腔谐振的相对位置的信息，并且向激光控制电路反馈误差信号进而稳定激光器。据Thomson Reuters科学网报道，世界各地的光学实验室都在使用该技术，该论文被引用了2000多次。

Ron Drever在他的实验室。感谢J. Hough。

有趣的是，在这篇论文中，Pound并不是作者之一。Drever的灵感是基于相位稳定的光学模拟，而在20世纪40年代，哈佛物理学家Robert Pound已经开发这项技术用以稳定微波频率，这就是为什么Pound的名字是这项技术的代名词。“20世纪50年代，Drever与Pound一起工作了一年，也许灵感源于这一经历。” Hough解释道，他是1983年那篇文章的作者之一，记得很多写作细节。“Pound没有在文章中署名，但他的工作是被公认的。”

Drever后来联系了科罗拉多州的John（通常叫Jan）Hall，一位在高分辨率光谱学方面享有声望的实验专家，进而使他的想法成为现实。后来，Hall因光谱光频梳的研究成果获得了2005年诺贝尔物理奖。Hough说：“Jan Hall和Drever都非常尊重彼此。”

1983年论文中报道的实验提到，锁定染料激光和气体激光稳定腔并实现了100Hz量级的线宽。如今的方案改进和腔优化意味着60 mHZ的线宽是可能的。

科罗拉多州的Jun Ye在退休之前与Hall以及加州理工学院的Drever一块工作。自从他在学生时代初次接触PDH以来，他的大部分职业生涯都在使用PDH方案。他说：“PDH方案具有令人难以置信的可靠性，使其真正成为主要的锁定机制。从今往后，我们仍然会使用它来尝试制造线宽仅为几毫赫兹的超稳定激光器。”

重要的是，与其他稳定方案相比，PDH方案反应迅速，并且由于它是基于相位的，因此它很大程度上不受强度波动的影响，十分可靠。加之它的高效性，及其相对简单的方式和低廉的价格，使它成为一种非常流行的技术。

法国巴黎Kastler Brossel实验室研究员Sylvain Gigan回忆说，他在量子光学博士期间花费了大量时间，盯着PDH方案的误差信号。“PDH技术是以非常简单可靠的方式获得误差信号。还有很多其他国家的技术，但据我看来，PDH技术绝对是迄今为止最可靠的技术，”他在《Nature Photonics》中说道，“对我来说，这项技术在Drever的职业生涯中可能被认为是次要的，更重要的是这是光学模拟信号处理的完美范例之一，也绝对是创造激光历史的最佳范例之一。”

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