利用钟跃迁谱线测量超稳光学参考腔的零温漂点

在87Sr光晶格钟实验系统中,通过将自由运转的698 nm激光频率锁定在由超低膨胀系数的玻璃材料构成的超稳光学参考腔上,从而获得短期频率稳定性较好的超稳窄线宽激光.超稳光学参考腔的腔长稳定性决定了最终激光频率的稳定度.为了降低腔长对温度的敏感性,使激光频率具有更好的稳定度和更小的频率漂移,利用锶原子光晶格钟的钟跃迁谱线,测量了698 nm超稳窄线宽激光系统中超稳光学参考腔的零温漂点.通过对钟跃迁谱线中心频率随温度的变化曲线进行二阶多项式拟合,得到698 nm超稳窄线宽激光系统的零温漂点为30.63℃.利用锶原子光晶格钟的闭环锁定,测得零温漂点处698 nm超稳窄线宽激光系统的线性频率漂移率为0.15 Hz/s,频率不稳定度为1.6×10^–15@3.744 s.     

基于V型腔光反馈法的半导体激光器线宽压窄和频率锁定初步研究

线宽压窄和频率锁定是提高激光器(特别是半导体激光器)性能的重要手段。在理论分析光反馈时的半导体激光器线宽压窄和频率锁定机理的基础上,建立了一套基于高品质V型光学谐振腔的半导体激光器线宽压窄实验系统,并利用该系统开展了初步实验研究。通过对比无有光反馈情况下的V型腔的透射光扫描线形,初步验证了V型腔用于半导体激光器线宽压窄和频率锁定的可行性,为后续研究奠定了基础。     

宽频调谐的光纤耦合声光调制系统

采用双次通过声光调制器和"猫眼"结构,消除频率调制带来的光路偏转并增大激光频率的调谐范围,使用射频驱动功率反馈调节法实现了激光功率的稳定.理论计算和实验验证表明,选择焦距为40mm透镜方案,激光频率调谐在160 MHz时,系统整体光纤耦合效率达到了56.8%.在保证系统光利用率大于15%时,系统的有效频率调谐范围为100 MHz.通过功率稳定系统,在频率调谐60 MHz的变化范围内,输出光功率波动控制在±0.07%以内并能保持长期稳定工作.     

基于V型腔光反馈法的半导体激光器线宽压窄和频率锁定初步研究

线宽压窄和频率锁定是提高激光器（特别是半导体激光器）性能的重要手段。在理论分析光反馈时的半导体激光器线宽压窄和频率锁定机理的基础上,建立了一套基于高品质V型光学谐振腔的半导体激光器线宽压窄实验系统,并利用该系统开展了初步实验研究。通过对比无有光反馈情况下的V型腔的透射光扫描线形,初步验证了V型腔用于半导体激光器线宽压窄和频率锁定的可行性,为后续研究奠定了基础。     

780W全光纤窄线宽光纤激光器

高功率窄线宽光纤激光器在相干探测、功率光谱合成等方面具有广泛的应用前景.分析了高功率窄线宽光纤激光器中受激布里渊散射效应的抑制方法,以及正弦相位调制光谱展宽理论.采用正弦相位调制技术将单频激光器的线宽展宽至2.9 GHz,通过三级放大结构对输出功率为50 mW的窄线宽种子源进行放大,实现了中心波长1064.34 nm、线宽2.9 GHz、最大功率780 W的激光输出,光—光转换效率79%,光束质量M2x=1.44,M2y=1.43.分析了相位调制前后输出功率提高的原因,认为正弦相位调制增加的纵模降低了光纤中的功率谱密度,提高了输出激光的受激布里渊散射阈值,促使相位调制后的输出功率大幅提高.该激光器的输出功率仅受限于抽运功率,进一步提高抽运功率,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出.     

窄线宽1064 nm光纤激光泵浦高效率中红外3.8μm MgO:PPLN光参量振荡器

采用放大1064 nm掺镱光纤激光器作为泵浦源,实现了中红外3.8μm MgO:PPLN光参量振荡(OPO)激光输出。在泵浦源中,采用分布式反馈激光器(DFB)作为种子源来实现光纤激光窄线宽的调制,实现线宽2.5 nm到0.1 nm的压缩,最大平均输出功率可达40 W。进一步对不同泵浦线宽条件下中红外3.8μm MgO:PPLN OPO激光进行研究,最终在泵浦功率为18.1 W、线宽为0.1 nm、重频为1 MHz、脉宽为2 ns时,获得了最高平均输出功率为2.06 W的3822.5 nm激光输出,光-光转换效率为11.38%,光束质量为M2=2.34,提高了窄线宽泵浦对中红外MgO:PPLN OPO激光输出效率。     

用于抽运铯蒸气激光器的半导体激光器波长稳定与线宽窄化研究

针对铯蒸气激光器对窄线宽与高稳定852nm半导体激光抽运源的要求,采用体布拉格(Bragg)光栅作为外腔输出镜,研究了体Bragg光栅衍射效率对外腔半导体激光器输出光谱特性的影响。研究结果表明,衍射效率为24%、32%与37%的体布拉格光栅均能够改善半导体激光器输出光谱特性;输出光束中心波长锁定在852nm附近、输出线宽约为0.26nm;外腔半导体激光器输出波长随抽运电流、温度的变化速率分别小于10.4pm/A、7.2pm/℃,优于自由运行半导体激光器;随着光栅衍射效率增加,全系统外腔效率从91%降低至86%。     

激光线宽对单次通过PPMgO:LN晶体倍频效率的影响

通过单次穿过PPMgO:LN晶体产生了2.06 W的780 nm可调谐的连续倍频光. 采用1560 nm的分布反馈式(DFB)半导体激光器、光栅外腔半导体激光器(ECDL)和分布反馈式掺铒光纤激光器(DFB-EDFL)分别作为掺铒光纤放大器(EDFA)的注入光源, 所用的EDFA具有保持窄线宽的功能, 因此可以忽略它对基波线宽的展宽. 研究了激光线宽对单次通过PPMgO:LN 晶体的倍频效率的影响. 控制三台激光器各自注入EDFA的功率一致, 同时也保持EDFA 的输出功率. 在基波功率为12.42 W 时, 使用DFB半导体激光器注入EDFA时得到了1.36 W的780 nm倍频光输出, 转换效率为11.0%; 使用ECDL作为种子源时得到了1.78 W 的780 nm倍频光输出, 转换效率为14.3%; 使用DFB-EDFL作为种子源时得到了2.06 W的780 nm倍频光输出, 转换效率为16.6%. 测得三台种子激光器的线宽分别为1.2 MHz (DFB), 200 kHz (ECDL)和600 Hz (DFB-EDFL). 线宽越窄, 倍频效率越高, 实验结果与理论分析一致.     

全光纤结构高功率主振荡功率放大型单频光纤激光器

研制了一台全光纤结构主振荡功率放大型掺镱单频光纤激光器。该光纤激光器包括种子激光器和级联放大器两部分。种子激光器是自行搭建的环形腔结构的单频窄线宽光纤激光器。在976 nm半导体激光器泵浦下,能够输出线宽为10 MHz量级、波长为1 079.88 nm的单频光,激光功率为10.02 W,光-光转化效率为58.9%,斜率效率为65.3%。     

可移动型锶原子光钟的系统研制与钟跃迁谱线探测

主要介绍了可移动锶原子光晶格钟的系统研制和钟跃迁谱线探测。光钟系统采用尺寸为120 cm×50 cm×60 cm的小型化物理系统,通过光纤将模块化的子光路系统与物理系统连接。经过一级461 nm激光和二级689 nm激光冷却后,得到原子数目为1.02×10~6、原子温度为5.45μK的冷原子团。利用具有"魔术波长"的晶格光实现~(87)Sr的一维光晶格装载,晶格寿命为434 ms,晶格中原子温度为4.63μK。在具有超窄线宽的698 nm钟激光探测下,得到边带可分辨的钟跃迁谱、窄线宽简并谱、自旋极化谱及拉比振荡曲线。经钟激光探询后,得到的自旋极化谱的谱线线宽为11.79 Hz,接近傅里叶探测极限的理论值,为可移动光钟的闭环工作提供了频率参考。     

970 nm高功率光栅外腔可调谐半导体激光器

宽条形半导体激光器广泛应用于激光泵浦、激光加工等领域。针对宽条型半导体激光器输出光谱宽、调谐范围小的问题,采用衍射效率分别为28%和55%的反射式衍射光栅作为反馈元件构建了宽条形970 nm波长光栅外腔半导体激光器。研究了Littrow结构激光器参数对其性能（调谐范围、功率、阈值电流、线宽）的影响。实验结果表明,通过结构优化可得到窄线宽可调谐激光输出,适当地提高温度和使用较高衍射效率的光栅可增加激光器调谐范围,并且较高衍射效率的光栅可降低激光器的阈值电流。基于S偏振入射方式的光栅外腔激光器最大可实现27.87 nm的波长调谐范围,光谱线宽压窄至0.2 nm,输出功率可达1.11 W。     

342W全光纤结构窄线宽连续掺铥光纤激光器

报道了一个全光纤主振荡功率放大结构的窄线宽连续掺铥光纤激光器,该激光器由窄线宽连续掺铥光纤激光种子源和两级包层抽运掺铥光纤放大器组成.自制的窄线宽掺铥光纤激光种子源经过两级高功率包层抽运掺铥光纤放大器之后,最高平均输出功率为342 W,掺铥光纤功率放大器的斜率效率为56%,输出激光的中心波长为2000.3 nm,3 d B光谱带宽仅为90 pm.在放大过程中,功率放大器的反向监测端没有观察到受激布里渊散射效应,输出功率仅受限于当前可用的793 nm半导体抽运源的功率.据我们所知,该结果为目前国际上2μm波段全光纤结构窄线宽激光器所产生的最高输出功率.     

三硼酸锂晶体Ⅰ类非临界相位匹配下近红外波段的差频产生

利用差频发生器产生波长范围为1.1~2.2μm的可调谐近红外激光.实验搭建了差频光路系统,以0.56~0.71μm染料激光器作为泵浦光、1.064μm的半导体激光器作为信号光,经过三硼酸锂晶体在Ⅰ类相位匹配方式条件下通过温度调谐非临界相位匹配方式差频产生较高功率的近红外激光,在近红外波段测得其平均输出功率在30mW以上.泵浦光功率为1.2 W、信号光功率为0.31 W时,测得差频波长为1.54μm的输出功率为35mW,转化效率达11.7%.该近红外差频发生器具有宽调谐、窄线宽的特点.     

主振荡功率放大结构窄线宽全光纤激光器334 W高功率输出

 搭建了一台全光纤结构的窄线宽高功率掺镱光纤激光器。种子激光的输出功率大于40 mW,线宽窄于100 MHz。采用主振荡功率放大结构三级放大,主放泵浦功率为405 W时得到了334 W的窄线宽高功率激光输出,光光转换效率为82.4%。目前,激光器输出功率仅受限于泵浦功率,增加有效泵浦功率即有望进一步提高输出功率。     

利用纯相位型液晶空间光调制器实现空心光束

为了提高激光系统的整体效率,需要将出射光强整形为空心分布。采用纯相位型液晶空间光调制器整形近高斯分布光强到空心分布。基于能量守恒定律和等光程原理,分析了纯相位型液晶空间光调制器光束整形系统,得出了整形系统所需的相位分布。采用衍射光学方法,数值模拟了整形效果,讨论了入射光束束腰半径和强度分布等因素对整形效果的影响。利用纯相位型液晶空间光调制器实验实现了空心光束,实验测得的转换效率大于99%。     

基于MI自零差法的窄线宽激光器线宽测量

提出了基于迈克尔逊干涉仪的延时自零差法,讨论了该方法测量激光线宽的原理.搭建了线宽测量系统,对窄线宽激光器的线宽进行了测量.测量系统运用数据采集卡获取拍频信号,通过软件算法分析拍频信号自功率谱半峰值宽度实现激光线宽测量.实验测得RIO公司某型窄线宽激光器的线宽为2.7kHz,与该激光器的标称线宽相符合.同时对另一台激光器不同输出光功率下的线宽进行测量,结果表明其线宽和功率成反比关系,进一步验证了基于迈克尔逊干涉仪的延时自零差法测试的准确性.     

窄线宽光纤激光器在1030 nm波段实现3 kW近衍射极限输出

基于大模场面积掺镱光纤搭建了全光纤1030 nm高功率窄线宽光纤激光主振荡功率放大系统,实现了3004 W的最高功率输出,斜率效率69.27%,是目前报道的输出功率最高的1030 nm波段近衍射极限光纤激光器。最高输出功率时,x,y方向的光束质量因子分别为1.169,1.174,3 dB光谱宽度为0.18 nm,放大自发辐射抑制比达到37 dB。     

基于多普勒测速法的永磁体塞曼减速器研究北大核心CSCD

为实现锶原子光钟的空间应用,采用永磁体塞曼减速器,可有效规避塔状线圈造成的高功耗和体积占比大的问题,利于光钟的空间化发展。基于永磁体构建锶光钟的环状和柱状塞曼减速器,在减速原理、磁场构建和样品研制方面各有优劣,利用多普勒测速法可对两种减速器的减速效率进行测量,可将两种减速器的减速分布曲线累计分布后对比。实验结果表明:两种永磁体塞曼减速器都达到一定减速效果,但环状永磁体塞曼减速器在体积和减速效果上,相较单x方向的柱状永磁体塞曼减速器,体积减少了60%,重量减少了80%,减速效果部分区域效率高一倍,因此优势更为显著。进一步采用环状永磁体塞曼减速器俘获锶原子的三种同位素,完成了小型化锶原子光钟的一级俘获,满足零功耗、体积小的紧凑化光钟设计需求。     

用于可搬运锶光钟二级冷却光源的研制

光钟在时间保持、精密测量、暗物质探测等方面有广泛的应用。可搬运光钟研制是光钟的重要方向，它是不同类型光钟比对以及引力红移测量的重要设备。研制用于冷原子制备的可搬运冷却光源是实现可搬运光钟研制的关键。本文主要介绍了可搬运锶光钟二级冷却光源的研制。首先，通过Pound-Drever-Hall稳频技术将半导体激光器锁定在超稳腔上，实现了用于锶光钟二级冷却的689 nm窄线宽稳频光源，其线宽优于263 Hz，频率秒稳定度优于1.56×10^-14。另外，利用注入锁定技术制备了两台同等性能的光源，分别用作二级冷却阶段的俘获光和匀化光。整个光学系统集成在一个0.56 m²的光学面包板，通过光纤与真空系统耦合，整体可搬运。利用该稳频光源，实验上制备了数目为2×10⁶，温度为5.3μK的二级冷却原子团，这为下一步进行光晶格原子装载和钟跃迁谱探测奠定了基础。     

周期极化掺镁铌酸锂光学参量振荡器时域特性的实验研究

分别采用MOTORULA公司的硅基光电二极管探测器和JUDSON公司的InGaAs光电二极管探测器对泵浦光和信号光的脉宽进行了测量.研究了极化周期、工作温度以及抽运功率与周期极化掺镁铌酸锂光学参量振荡器输出的信号光脉冲宽度的作用关系.实验采用LD端面抽运的声光调QNd:YVO4激光器作为抽运源,在晶体温度为30℃、极化周期为29.5μm条件下,当抽运功率为1008mW时,获得了平均功率为238mW的信号光输出,其光-光转换效率为23.6%,最窄脉冲宽度约为9.3ns,相对抽运光脉宽被明显压窄.