激光稳频技术的新发展(Ⅰ)──光频标准的研究

优异的空间和时间相干性是激光器的三大特性之一,当然这是相对于自然光而言的.事实上,激光的相干性特别是时间相干性尚不能满足要求,因此改善激光相干性的工作,伴随着激光器的诞生而展开.经过25年的努力,人们已积累了一些改善和提高激光相干性的有效方法. 激光器的时间相干性可以用一个指标,即具波长(频率)的稳定性来描述,光波频率稳定性是指频率的变化情况,一般用频卒起伏量△f的桐对值△f/f0来表示,式中f0为光频.这是一个随机起伏量,应用统计方法进行处理,最好是借用无线电计量技术中已有的研究成果,用阿仑方差进行处理[1].目前最佳的稳频…     

一种测量激光束频率稳定度的方法

激光管的频率稳定度是描述激光管性能的一个重要参数.目前国内外普遍采用的方法是将被测管和标准管进行差频,然后经频谱仪计量出被测管的频率稳定度.这一方法对标准管和测试设备的要求极高,使用维护的环境条件要求亦相当严格,设备价格昂贵.相位差法直接利用被测管本身的光束,经分束器分为两束光并使两光束的光程不同,被测激光束的频率不稳定将使两束不同光程的光束的相位差发生变化.这一相位差的变化就可用来计量被测管的频率稳定度.此测量方法简单,精确度高,设备成本低,使用维护没有任何条件限制,可在实际使用环境中测量.因此,可广泛应用于…     

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。     

原子饱和吸收谱谐波稳频短期稳定度研究

介绍了利用腔外饱和吸收谱的三次谐波和五次谐波稳频方法对半导体激光器进行稳频的原理,分析了使用这两种稳频方法对半导体激光器进行稳频时所得到的激光频率短期稳定度的理论估算方法,提出了通过选取最佳调制深度来优化短期稳定度的方法和原理,并在理论上比较了两种稳频方法得到的短期稳定度的差异。然后讨论了半导体激光稳频电路系统的设计,并利用该电路系统,分别用三次谐波和五次谐波稳频的方法将半导体激光器的频率锁定在的^87Rb饱和吸收的F=2→F′=3,1线上,并使用我们提出的短期稳定度优化方案进行稳定度优化,通过对误差信号的分析,估算出的频率稳定度达到10^-12的量级,使用采集到的误差信号在实验上比较了两种稳频方法所得的稳定度的,其结果和理论基本吻合。     

应用于光抽运铯原子钟的小型稳频激光器（英文）

设计了一种应用于光抽运铯原子钟的稳频激光器,用小型化的饱和吸收装置对激光进行稳频,用于产生饱和吸收谱的泵浦光的偏振方向与检测光的偏振方向相互垂直,通过调节激光的偏振方向增大铯原子的跃迁几率.相对于一般简化的饱和吸收装置,小型化的饱和吸收装置产生的用于锁频的参考信号的幅度更大.当激光频率被锁定在铯原子的6S_(1/2),F=4→6P_(3/2),F=5能级跃迁线上时,对激光器的稳定度进行了测量,百秒稳定度为1.88×10~(-11).该稳频激光器的体积较小,有利于光抽运铯原子钟的小型化和工程化应用.     

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。     

质子轰击条形结构InGaAsP/InP内调Q DH双稳态激光器

本文报道一种质子轰击条形结构内调Q InGaAsP/InP DH双稳态激光器(简称BSDH)。该激光器具有典型的光输出双稳态特性,实验测得两个典型样品的双稳态工作区电流跨度△I分别为50mA,200mA,它随器件结构参数的选取而异,值得指出的是在不同注入电流下观察到高态激光输出呈单纵模稳频特性,峰值波长λ₀=1.2596μm,频率(波长)稳定度优于10^-5,本文对上述现象从物理上进行了定性的讨论。 关键词：     

激光抽运铷原子频标实验研究

采用饱和吸收偏振稳频半导体激光器,建立了激光抽运铷频标实验系统. 实现了该系统的闭环锁定. 进行了频率稳定度的初步测试,短期稳定度为1.2×10^-11 τ^-1/2. 对测试结果进行了分析,并提出了相应的改进措施.     

频率串扰对光纤频标传递性能的影响

在高精度光纤频标传递过程中,需要对光纤链路引入的相位波动进行测量和补偿,其中引入的频率串扰是影响频标传递性能因素之一。为评估频率串扰对光纤频标传递性能影响,建立了频率串扰对频率传递稳定度的影响模型。在光纤链路温度变化条件下,通过仿真分析和实验研究了频率串扰与稳定度损失之间的关系。结果表明,频标的稳定度损失与串扰因子和频率有关。串扰因子越大,信号的阿伦方差曲线整体上移幅度越大,且串扰因子和稳定度损失峰值近似呈线性关系;频标频率变化时,频标传递的长期稳定度并非只受由温度缓慢变化引起的时延缓慢漂移的影响,也与频率点和时延波动量有关。频率升高时,频率稳定度损失的峰值点向短稳移动。     

一种高稳定的半导体二极管激光稳频方法

研究了一种高稳定的半导体激光二极管稳流与恒温控制电路 ,以及锁定于铷原子D2 线的稳频实验方法。使用该电路 ,半导体激光管的注入电流与工作温度稳定度可达 10 -5;锁定于原子谱线后 ,半导体二极管激光的频率稳定度在平均采样时间 10S内可达 10 -9。     

微晶玻璃腔体一体化兰姆凹陷稳频He-Ne激光器(I):结构与工艺

介绍了利用兰姆凹陷稳频He-Ne激光器的基本结构与腔长调节工作方式,从激光器结构方面对影响其预热时间、频率稳定度和频率重复性的主要因素进行了深入探讨.介绍改进设计的新型微晶玻璃腔体一体化兰姆凹陷稳频HL-Ne激光器的基本结构、制作工艺与优势.该激光器腔体采用极低膨胀系数的微晶玻璃材料,反射镜采用石英镜片光胶连接,无应力...     

光纤飞秒光学频率梳的研制及绝对光学频率测量

实验利用商品光纤飞秒激光器,自行构建了一套完整的光学频率梳系统,并获得了约30 dB信噪比的系统频移(f_ceo)信号.实现了光频梳重复频率(f_rep)信号及系统频移(f_ceo)信号的高稳定度锁定,并通过实验验证了光频梳锁定的跟踪精度.基于此稳定光频梳完成了对1064 nm碘稳频Nd:YAG固体激光器的绝对频率测量.实验结果表明,f_rep的跟踪精度在100 s取样时间时优于3.7×10^-14,测量得到的1064 nm激光器绝对频率为:281630111757362 Hz.这一测量结果与国际计量委员会(CIPM)给出的国际推荐值符合到不确定度之内. 关键词： 光纤光频梳 稳频 锁相技术 光学频率计量     

频率可调谐光栅反馈式扩展腔二极管激光器的搭建与测试

采用Littrow结构,用半导体激光器加上光栅反馈组成外腔可调谐半导体激光器.利用光栅的1级衍射光,反射至激光管选择激光频率,获得红光或近红外波长的单纵模、窄带宽、连续可调谐的激光输出.光栅平面同时作为激光外谐振腔的一个端面,外腔的模式选择、光栅选频作用,以及激光管本身的模式选择(内腔模式)的共同作用,最终产生可调谐的单纵模激光输出.     

1.57μm半导体激光器长期频率稳定性研究

为满足星载二氧化碳激光雷达对种子光源频率长期稳定的需求,基于自由空间体吸收池结合频率调制光谱技术的方法建立了激光稳频理论模型,通过仿真优化系统设计参数搭建了一套稳频激光器,研究了体吸收池引入的多光束干涉噪声,通过调整调制频率为吸收池干涉条纹自由光谱范围整数倍的方法抑制了干涉噪声的影响,实现了激光器频率抖动峰峰值约为150kHz,长期频率稳定度在10000s时低于1×10~(-11),满足了星载激光雷达的应用需求。     

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。     

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。     

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     

半导体激光器塞曼调制稳频的实验对比研究

首先阐述了实现半导体激光器外调制锁频方案的必要性,并针对一种利用塞曼效应进行外调制稳频的实验方案,详细地阐述了其基本思想和实验原理,以及这种稳频方案相对于一般的内调制饱和吸收稳频技术在实验上的差异.本文给出的具体实验参数和实验结果表明,这种方案相对于其他方案可以获得同等好的锁频质量.不仅如此,本文还给出了塞曼调制稳频和电流调制稳频的锁定频率输出的监视对比情况,从对比结果中,我们可以清楚地看到塞曼调制稳频使得激光器锁定频率无调制输出的优越特性.     

CPT原子频标实验研究

介绍了相干布居囚禁（CPT）原子频标的小型、低功耗物理系统,并应用它开展实现了CPT原子频标的激光锁定、微波锁定方案的实验室研究.通过采用电流负反馈将激光频率锁定在原子对激光的吸收峰上,电压负反馈将微波频率锁定在电磁感应透明共振峰上,用该物理系统实现了闭环锁定的实验室桌面CPT频标实验系统.对该实验系统的频率稳定度测量获得200 s内优于5×10^-11τ^-1/2的结果. 关键词： CPT原子频标 频率稳定度 激光稳频     

激光磁共振方法测量CO激光器的频率稳定度

对于频率不能连续调谐的CO激光器,采用一种新的激光频率稳定度的测量方法是以分子的激光磁共振谱线为基准,通过测量分子的激光磁共振谱线线宽及其变化,然后用阿仑方差进行数据处理,即得出了一系列时畴下的CO激光频率稳定度,并用计算机对取样时间从0.1秒-1000秒的频率稳定度进行幂函数拟合,获得了频畴的CO激光频率稳定度的表达式。