铷原子饱和吸收光谱与偏振光谱对780nm半导体激光器稳频的比较

将激光频率锁定于合适的参考频率,可以有效地抑制激光器的频率起伏。本文采用铷原子D2线超精细跃迁线的饱和吸收光谱和偏振光谱分别获得鉴频曲线,通过电子伺服系统将频率校正信号负反馈到780 nm光栅外腔反馈半导体激光器外腔的压电陶瓷上的方法对激光器进行稳频。介绍了两种方法的基本原理和实验方案。与激光器自由运转300s时激光器典型的频率起伏约6.6 MHz相比,采用饱和吸收光谱和偏振光谱进行稳频,运转300 s时激光器典型的残余频率起伏分别约为1.5 MHz和0.6 MHz。分析表明,饱和吸收光谱稳频采用了相敏检波技术,需要对激光器进行频率调制,带来了额外的频率噪声,而偏振光谱稳频则是一种完全无频率调制的稳频方案。     

采用铯原子偏振光谱对894.6nm外腔式半导体激光器稳频的实验研究

通过铯原子D_1线超精细跃迁能级的偏振光谱获得鉴频曲线,利用电子伺服系统将鉴频曲线反馈到894.6nm外腔式半导体激光器的压电陶瓷上进行锁定。由于偏振光谱技术不需要对激光器进行调制,因此不会带来额外的噪声。激光器自由运转400s内频率起伏为2.35 MHz,采用偏振光谱锁定激光器后400s内频率起伏为0.95 MHz,有效抑制了激光器的频率起伏。     

采用偏振光谱对外腔半导体激光器稳频时反馈环路带宽的影响

在采用磁光阱实现单个铯原子俘获的实验中, 运用无调制偏振光谱方法将光栅外腔半导体激光器(提供冷却/俘获光)的频率锁定在铯原子6S1/2 F=4→6P3/2 F′=5的超精细跃迁线上.采用偏振光谱技术得到的类色散曲线作为鉴频信号, 并同时对光栅外腔半导体激光器的电流调制端口和光栅外腔的压电陶瓷电压调制端口进行反馈, 以拓展反馈环路的带宽, 实现激光器的频率锁定.与通常的饱和吸收光谱稳频技术相比, 激光频率锁定之后的频率稳定度得到了明显改善.在取样时间τ=300 s时, 阿仑方差σy(τ)=4.6×10-12.     

电光晶体调谐的外腔反馈半导体激光器

报道一种用电光晶体实现快速调谐和凋制激光频率的方法.在Littrow型外腔反馈半导体激光中插入LiNbO3晶体,利用LiNbO3晶体的电光效应,通过改变晶体电压来调节激光器的有效腔长,可以对激光频率进行快速的调谐和调制.采用该方法,自制外腔反馈半导体激光器的调谐频率可达到2 kHz,它的调谐范围为350 MHz,激光频率调谐系数约为1.06 MHz/V,用饱和吸收光谱观测频率调谐的效果.快速激光频率调制可以应用在稳频技术上,将外腔反馈半导体激光器调制在5～100 kHz频率下,均获得了87Rb原子D2线的饱和吸收光谱的色散信号,并实现了激光频率在饱和吸收峰上的长期稳定.     

声光偏频亚多普勒光谱无调制激光频率锁定

将激光器锁定到合适的参考频率标准上 ,可以有效地改善激光器的频率稳定性。采用两个声光调制器(AOM) ,使铯原子D2 线饱和吸收光谱分别发生Ω±Δ绝对频移 ;通过改变射频压控振荡器 (RFVCO)的Vf 端口直流电压调节相对频移间隔Δ ,当相对频率间隔选择合适时两信号相减得到了类色散型鉴频曲线。实验中实现了85 2nm光栅外腔半导体激光器相对于铯原子D2 线6S1/2 F =4 6P3 /2 F′ =5超精细跃迁线 (中心频率ν0 )的无调制偏频锁定 (锁定后中心频率ν0 +Ω ,偏频量为Ω)。由闭环锁定后的误差信号估计 ,5 0s内典型的频率起伏小于± 2 70kHz ,较相同时间段内激光器自由运转时的频率起伏 14MHz有显著的改善。该方法可避免对激光器直接进行频率调制的常规饱和吸收锁频方案所引入的额外频率噪声和强度噪声。     

采用铷原子射频频率调制光谱与调制转移光谱对1560nm激光经波导倍频至780nm进行稳频的比较

采用射频频率调制光谱(RF-FMS)和调制转移光谱(MTS)将1560nm分布反馈激光器经MgO:PPLN波导高效倍频后锁定于87 Rb原子D2线超精细跃迁。比较了两种方法的原理、谱线以及锁频结果。激光器自由运转30min的典型频率起伏为8~10MHz,采用RF-FMS和MTS锁频30min的频率起伏均方根分别为±135kHz和±85kHz,这主要是由于后者的信噪比高,谱线完全无背景。采用MTS方案,搭建了一套结构紧凑、性能稳定的1.5μm光纤通信波段激光稳频系统。     

激光二极管相对于铯饱和吸收D2线的无调制扰动三次谐波锁频

将频率调制加在声光调制器上 ,用三次谐波探测法获得了铯原子D2 线的三阶微分饱和光谱。采用这种激光器无调制扰动方案结合三次谐波锁频技术 ,实现了 85 2nm的分布布拉格反射器半导体激光器相对于 6S1/2 F =4- 6P3 /2 F′ =5超精细跃线的频率锁定。由锁定后的频率误差信号估算 ,10s内激光频率起伏小于± 35 0kHz ,相对频率稳定度约 1× 10 -9。这种无调制扰动方案可以消除一般的饱和吸收稳频方法中由于直接对激光器进行频率调制而带来的额外频率噪声 ;三次谐波锁频技术的应用 ,还可有效地降低铯原子饱和吸收谱中剩余多普勒背景的影响     

基于DSP技术的外腔半导体激光器自动稳频系统

实现了一种基于数字信号处理(DSP)技术的外腔半导体激光器的自动稳频装置。该自动稳频装置以铷原子的饱和吸收谱线作为频率参考,采用调制解调技术得到稳频所需的鉴频信号。激光自动稳频装置通过模数转换器以固定的速率不间断地采集饱和吸收信号和鉴频信号,由DSP芯片对采集到的数字信号进行处理和分析。DSP芯片利用通用输入输出端口控制调制信号的开关状态,通过数模转换器控制激光频率扫描以及输出数字反馈。利用所述的激光稳频技术不仅实现了外腔半导体激光器自动稳频,而且能够实时评估激光器的锁定情况,在激光器失锁后及时重新锁定,提高了激光器的长期运行能力。最后,将使用自动稳频技术的激光器应用于空间冷原子钟原理样机地面实验中,该稳频激光可以满足相关科学实验的需求。     

铷原子双共振激发态光抽运光谱及其在1.5μm半导体激光器稳频中的应用

本文介绍分别采用双共振光抽运(DROP)和光学双共振(OODR)光谱技术获得铷原子激发态5P_3/2-4D_3/2 (4D_5/2)之间的超精细跃迁光谱.与传统的OODR光谱相比,DROP光谱在信噪比、线宽等方面具有明显的优势.当1 529 nm光栅外腔半导体激光器的频率采用DROP光谱锁定于～87Rb原子的5P_3/2(F'=3) -4D_3/2(F"=3)超精细跃迁线时,300 s内典型的残余频率起伏为～0.65 MHz;明显优于采用OODR光谱锁频的结果(300 s内典型的残余频率起伏为～1.8 MHz).     

1560nm激光经PPLN和PPKTP晶体准相位匹配倍频研究

将1560nm光栅反馈复合腔半导体激光器产生的连续激光注入掺铒光纤放大器,放大至约5 W,分别采用周期极化铌酸锂(PPLN)和周期极化磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体单次穿过进行准相位匹配倍频,对应获得约336mW和210mW的780nm激光输出,倍频效率约为7%和4.4%。通过监视倍频光纵模,显示其具有良好的单频输出特性。此外,还扫描测得了Rb原子D2线的吸收光谱,表明780nm激光的频率调谐范围大于10GHz。采用无调制偏振光谱技术将1560nm半导体激光器频率锁定至87 Rb 5S1/2(Fg=2)-5P3/2(Fe=3)超精细跃迁线上。相对于自由运转450s内1560nm激光频率起伏约4MHz,锁定后可将残余频率起伏压低至1.5MHz左右。     

碘吸收激光稳频中调制信号的理论计算

激光频率标准是将激光频率锁定于原子或分子的超精细能级间的跃迁频率,从而获得高精密度的激光频率输出。在激光稳频研究工作中,通常将碘分子的吸收谱线采用导数谱、FM光谱和调制转移光谱MTS(ModulationTransferSpectroscopy)进行频率的精密控制。为更好地消除吸收谱线的本底噪声,目前最好的稳频方案是采用调制转移光谱法。它具有高灵敏度、高分辨率和无多普勒背景等特点。从物理学的原理出发,分析了激光对介质的极化机理,导出介质对激光的吸收和色散作用的数学模型,用信号处理的技术从理论上推导了MTS谱线线型,分析了光谱线型的特性,讨论了提高激光频率稳定度的各种情况。     

基于拉曼光谱技术鉴别新陈大米的方法研究

基于拉曼光谱检测技术结合化学判别方法,建立新陈大米拉曼光谱判别模型;建立适当的样品预处理方法,确保样品制备的均一性,使用拉曼光谱仪对新陈大米共计60组样品进行检测,在785 nm波长激光激发下,获取样品200～2 400 cm-1的拉曼光谱信息;对原始拉曼光谱进行基线校正、平滑、滤波等处理。利用主成分分析法（PCA）对拉曼光谱进行降维处理及粗分类鉴别;基于偏最小二乘分析法（PLS）,建立新陈大米快速鉴别模型,该模型对建模训练集鉴别正确率为100%,模型验证集鉴别正确率为95%。结果表明：该模型判断新陈大米是可行的,为大米新陈度的快速判别提供了一种新的方法。     

Influence of the Laser Frequency Drift in Phase-Sensitive Optical Time Domain Reflectometry

Optics and Spectroscopy - The influence of the laser frequency drift on the operation of phase-sensitive optical time domain reflectometry (φ-OTDR) systems is considered. Theoretical results...     

利用LIBS技术实现钢液中多元素含量检测

在钢铁冶炼中,成分含量检测是保证冶炼质量的关键之一,激光诱导击穿光谱技术(LIBS)具有遥测的特点,非常适合于炉内钢水成分的检测。实验室搭建了一熔融合金LIBS检测实验系统,该系统由 Nd:YAG调Q激光器(重复频率10 Hz,波长1 064 nm,脉冲宽度10 ns,单脉冲能量约240 mJ),高频感应电炉(温度1 600 ℃),光谱仪(波长范围186～310 nm,光谱分辨率0.1 nm),激光聚焦和信号光收集系统组成。实现了对钢液中多元素的LIBS光谱检测,通过内标法建立了相应元素的定标曲线,并给出了系统的检测限。采用深紫外镀膜探测器的光谱仪和抗紫外曝光处理的光纤,在大气环境下得到的C,S,Mn和Cr元素定标曲线的线性相关系数优于0.96,检测限分别达到169,15,58.9和210 μg·g-1。对比发现,不同元素得到最佳定标曲线所需延时条件不同。     

窄脉冲相干激光雷达偏频锁定系统仿真研究

鉴于偏频锁定技术在激光外差探测和激光雷达等方面的广泛作用,基于可编程逻辑器件,设计了适用于窄脉冲激光外差信号的偏频锁定控制系统。在设计中,使用超高速电压比较器进行波形变换、多脉冲鉴频和大概率均值滤波进行数字鉴频,采用小步长快速控制方法进行调频,利用数模转换器和线性放大电路输出调频信号。借助信号发生器产生40ns脉宽的模拟外差信号对系统进行了仿真,实现了设计功能。对系统进行鉴频和调频测试,在40ns脉宽时鉴频误差范围为-7.5MHz～+7.7MHz。     

Spectroscopic comparison of aluminium welding plasmas produced by high power CO and CO2 lasers

Welding tests on the aluminium alloy AlMgSi1 (6082) by the use of a high power CO laser with good beam quality show higher penetration depths and better weld seam quality compared with the results obtained with a commercial industrial CO₂ laser. Spectroscopy of the laser-induced welding plasma shows a strong decrease of the intensities of Al(II) lines and no appearance of Al(III) lines in CO laser aluminium welding compared with CO₂ laser welding at the same process parameters. This is a consequence of the shorter 5 to 5.6 μm wavelength of the CO laser leading to reduced beam-plasma interaction.     

双重频率锁定的腔衰荡吸收光谱技术及信号处理

针对传统腔衰荡光谱技术浓度获取率低,提出基于双重锁定的连续波腔衰荡吸收光谱技术.通过波长调制一次谐波信号将激光器的频率锁定到C_2H_2吸收线上,同时使用PDH锁频技术将衰荡腔锁定到激光器上,从而避免了测量过程中激光器的频率漂移和腔长的抖动,使测量结果更加精确;并且,由于双重锁定,单次衰荡事件的发生率,也就是浓度信息的获取率只受衰荡时间以及重新锁定时间限制,在本试验系统中采集速率可以达到30 k Hz,可以实现对气体浓度的快速测量.为了提高信噪比,采用Kalman滤波技术,对浓度信息进行实时处理,有效抑制了噪声,根据阿伦方差分析,探测灵敏度可以达到4×10~(-9)cm~(-1)(2 s平均).     

A femtosecond frequency standard with an external high-finesse interferometer

Optics and Spectroscopy - We propose an optical frequency standard based on a femtosecond laser in which the shift of the frequency comb is controlled by means of an external high-finesse...     

Fast ion beam collinear laser spectroscopy: Some aspects of recent applications,sensitivity and resolution

This contribution deals with some selected aspects of Fast Ion Beam Collinear Laser Spectroscopy: (1) the study of h.f.i. in free ions; (2) sensitive state selective particle detection; (3) laser-RF double resonance; and (4) laser frequency Doppler tuning in external magnetic fields.