一种新的激光稳频技术

在精密光学测量中,目前广泛使用的是633nm He-Ne 兰姆凹陷稳频或塞曼双频稳频激光器.它们是以激光工作物质本身谱线作参考,用其增益曲线通过检测光强获得误差信号来实现稳频的.稳频激光器的稳频性能用频率稳定度和频率再现性量度.频率稳定度一般用频率起伏量△v的相对值△v/v0来表示v0是稳频参考频率,△v最好用阿仑方差进行处理[1].因为v0会随激光管参数、稳频器工作参数变化,因此v0本身稳定与否便是衡量稳频激光器稳频性能的又一重要指标,本文将同一支激光管在使用期间v0的相对变化量△v0/v0定义为频率再现性.目前广泛使用的这两类稳频激…     

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。     

Rb~(87)原子钟锁频精度的优化

在原子钟系统研究中,激光频率的微小变化会导致CPT共振信号幅值的大幅度减小。根据饱和吸收稳频原理,设计了一种比例积分锁频电路,通过对激光器频率调制后的解调曲线进行判断,在FPGA中进行处理并通过PI控制模块及时反馈回激光器中。实验结果表明,运用此电路后闭环锁定100 ms内激光频率的相对起伏为390kHz,频率稳定度为1.307 09×10~(-10),满足当前原子钟稳定性的要求。     

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。     

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。     

Rb原子的激光囚禁

用饱和吸收光谱法对二极管激光器进行稳频,使激光器的有效线宽小于１ＭＨｚ,并利用声光调制器使激光的频移量得到控制,满足了激光冷却与因禁原子对激光频率生和频 量的 Ｒｂ原子的激光囚禁。     

6328He-Ne激光的真空波长和重复性

一、为什么要测量激光波长 和它的重复性 利用激光的高度相干性而制成的激光干涉仪,目 前在计量和工业生产部门已经成了非常有效的实用工 具,例如在激光比长仪中,1米长度的测量准确度可达 土0.2微米,而几十米长度的测量误差也可达百万分 之一左右.在激光器出现之前,要达到这样的测量准 确度是完全不可能的.这种激光干涉仪通常都要使用 频率稳定的单频He-Ne激光器作为测量的波长标准. 随着激光干涉仪的应用日益普及,生产和使用这种稳 频He—Ne激光器的单位越来越多,为了能正确使用这 种稳频激光器,必须知道其输出激光的准确波长值和 它们的…     

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.     

激光锁定F-P腔频率的有差锁定研究

基于有差伺服调节技术,实现了外置光学谐振腔的共振频率与钛宝石激光器工作频率的锁定.该技术采用压电陶瓷作为执行元件,通过对压电陶瓷的调制,实现了对透射激光功率的调制,并由锁相放大器解调获得伺服信号,该伺服信号经过高压放大器放大后控制压电陶瓷的伸缩来调控谐振腔的腔长,从而使腔的共振频率锁定在激光频率上.当激光上作于单一频毕时,谐振腔的谐振频率可以长时间地与激光频率保持锁定,锁定后腔的透射光功率相对起伏的稳定性为2%.当激光频率扫描时.谐振腔的谐振频率可以在2 GHz范围内不间断地与激光频率保持锁定.     

兰姆下陷

在单模激光器中,当激光跃迁的增益曲线由于多普勒效应或压力效应等原因而产生非均匀加宽时,激光器的输出功率在原子跃迁的中心频率v0处有一极小值,如图所示.我们可以看到:在曲线中央,有一对应于原子跃迁中心频率v0的凹形下陷.这就是“兰姆下陷”. 由于这是一个对称的凹形下陷,因此可以利用光电元件及电子学仪器从单模激光器的输出中获得误差信号,从而稳定激光器的振荡频率.并且,由于兰姆下陷的极小值仅与原子跃迁中心频率有关;在工艺上可以使兰姆下陷中心两侧的斜率较陡,因此,用这种方法可以获得频率稳定性较好(10-9数量级)的激光器.兰姆下…     

双纵模稳频氦氖激光器的光谱与频率复现性分析

对双纵模稳频氦氖激光器的光谱及其频率复现性进行了理论估计,进行了633 nm碘稳定氦氖激光器的拍频实验,实验采用内腔激光器,并采用双纵模稳频的方法,通过观测激光器的两个偏振态互相垂直的相邻纵模的输出,并使二者稳定到功率相等的参考点处,获得激光稳定输出。实验通过观察双纵模稳定激光的模式输出,分析了影响激光频率复现性与频率稳定度的因素,测量了稳定激光的功率和频率稳定度。通过拍频测量,对激光器的频率复现性进行了分析,复现性用频差可以达到(1～2)×10-8量级。通过实验表明,双纵模稳频氦氖激光器的频率复现性完全符合用于长度精密测量的稳频激光器的要求,激光器可以很稳定地工作,稳定度用阿伦偏差表示可以达到10-10量级,可以作为实用的稳频激光标准。     

相干布居数拍频信号与基态超精细子能级相干性关系的研究

相干布居数拍频(coherent population beating, CPB)现象, 产生于一个Λ型三能级原子系统中, 当双色相干激光场的频率差和两基态能级频率间隔近失谐的时候, 原子在激发态能级上的布居数会产生一个弛豫振荡, 且振荡频率等于失谐量. 当将此现象运用于原子标准频率的提取时, CPB频标的稳定度与CPB信号的幅度及信噪比直接相关. 本文理论推导了描述CPB 现象的表达式, 数值模拟并实验研究了⁸⁷Rb基态超精细子能级的相干性对CPB信号的影响, 通过控制与基态子能级共振相干激光场的抽运时间来控制能级的相干程度, 观测不同相干程度对CPB信号质量的影响. 研究结果表明CPB信号振荡的幅度与基态子能级相干程度成正比关系. 要改善CPB信号信噪比、提高原子频标稳定度, 建立、提高和保持基态超精细能级的相干性是关键. 本文还讨论了CPB现象用于弱磁场测量及其他方面应用的可行性.     

基于二次谐波特性的DFB激光器稳频新方法研究

窄线宽稳频激光器在工业生产控制中具有广泛的应用,但自由运转的半导体激光器的频率漂移限制了激光器的使用。为稳定半导体激光器的频率,提出了一种基于二次谐波吸收特性来实现窄线宽二极管激光器的稳频新方法,利用1.396 μm的DFB二极管激光器测量水汽的二次谐波信号来实现激光的稳频,实验结果表明在100 h内激光器输出波长漂移有效的抑制在±0.16 pm范围内,激光稳频后,其吸收峰的位置不随环境温度的变化而漂移。该方法具有简单、可靠等优点,对二极管激光频率的稳定具有广阔的应用前景。     

非链式脉冲HF激光器激光介质净化技术

反应产物基态HF分子对激态HF分子的碰撞弛豫是导致非链式脉冲HF激光器激光能量快速下降的重要原因.为解决该问题,理论分析了3A型分子筛去除基态HF分子的可行性,并开展了实验研究.实验结果表明,在不采用任何激光介质净化技术情况下,激光器重复频率50 Hz出光20s的激光能量下降率高达52%,无法满足高功率重频HF/DF激光器的应用需求.在激光器循环管道中增加3A型分子筛吸附单元之后,激光器连续10余次重复频率50 Hz出光20s的激光能量下降率小于15%,其中首次出光能量下降率仅为7.2%,提高了激光能量稳定性且延长了激光介质使用寿命.3A型分子筛不仅对基态HF分子具有良好吸附效果,而且具有再生活化功能,有望取代非链式脉冲HF激光器激光介质净化技术中常用的化学吸附法.     

重频XeF蓝绿激光技术

 利用表面放电光泵浦技术,研制了重频XeF(C-A)激光器,运行频率达到10 Hz。研究了运行频率、气体流量对激光输出能量稳定性的影响,分析了影响输出稳定性的主要因素,实验结果表明,提高气流量可有效改善重频输出能量的稳定性。同时,还给出了优化实验条件下不同运行频率连续20个脉冲较为理想的输出结果。运行频率分别为1,2,5 Hz时,输出能量稳定性较好,输出能量大于4.0 J;气流量大于53 L/s时,10 Hz重频运行的输出稳定性已显著提高,平均输出能量也达到1.8 J。     

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     

双路光谱展宽的钛宝石飞秒光学频率梳系统

对中国计量科学研究院研制的第一代基于钛宝石飞秒激光器的光学频率梳系统进行了改进和优化. 通过对激光器重复频率、光谱展宽以及拍频信号探测等方面的改进,有效地降低了光谱展宽的复杂性,提高了飞秒光学频率梳系统的稳定性和激光频率测量的便捷性. 采用该光学频率梳系统对碘稳频532 nm和碘稳频633 nm激光绝对频率进行了测量,测量结果在国际推荐值的不确定度范围之内. 关键词： 光学频率计量 飞秒光学频率梳 光谱展宽     

Rb原子饱和吸收稳频半导体激光器系统

用饱和吸收光谱法对半导体激光器进行稳频，通过对反馈回路的优化设计，得到具有高信噪比的饱和吸收光谱微分误差信号，从而大大提高了半导体激光器的频率锁定灵敏度及长期稳定性，该中用于Rb原子的激光冷却与囚禁。     

碘稳频中红外差频激光光谱技术

为实现中红外波段的高精度线型研究,建立了一套在2.5～5um波段连续可调谐的中红外差频激光光谱测量系统.基于宽带连续可调谐钛宝石激光器(700 ～900 nm)和单频连续Nd:YAG激光器(1064 nm),利用碘多普勒展宽吸收和频率调制技术,对Nd:YAG激光的频率进行反馈控制,使1064 nm的Nd:YAG激光的波长稳定性好于1X10-5 cm-1由此差频输出的波长稳定性达到1×10-1cm-1水平,适合高精度的线形研究.并通过对CH4分子在2927 cm-1附近吸收谱线的测量,表明该系统可以结合频率调制方法,进行高灵敏的光谱检测.     

随机符合法则g

在自由落体法测量重力加速度g中,需要测量物理下落过程中三点之间的距离△　s1和　s2,以及物体下落通过这三点所经历的时间间隔△　t1和　△t2 计算重力加速度g的公式为式中　△s1=s2-s1,　△s2=s3-s2;　△t1=t2-ti,　△t2=t3- t2. 　△t1和　△t2可通过对标准振荡频率计数,并经频率/时间变换求得,而距离　△s1和s2可用激光相干涉测量.问题在于如何选择物体下落过程中的三个参考点.若以计时脉冲为准来定这三点,则最大测距误差可达±λ/2;若以相干波脉冲为准来定这三点,则最大测时误差可达±1/f.当然,也可以对尾数部分加以修正,但是设备复杂,…