面向Li原子D1线频率测量应用的掺铒飞秒光纤光梳系统

报道了自主研制的面向Li原子D1线频率测量应用的掺铒飞秒光纤光学频率梳,包括飞秒激光源,频率探测及控制单元,光谱展宽及拍频单元.光纤光梳系统中飞秒激光光源是一套基于非线性偏振旋转锁模机制的掺铒飞秒光纤激光器,重复频率为196.5MHz,中心波长为1 572nm.利用f-2f法探测载波包络相移频率,获得信噪比约为40dB的信号(分辨率带宽300kHz).改变飞秒激光光源泵浦控制载波包络相移频率、频率稳定度是3.74×10-18/τ1/2;通过电光晶体和压电陶瓷改变飞秒激光光源腔长来控制重复频率frep、频率稳定度是1.75×10-13/τ1/2.利用高非线性光纤和倍频晶体将光纤光梳直接输出光谱由1 520～1 607nm扩展到671nm,获得了单模功率为208nW的光信号.与671nm单频激光拍频产生约为60dB(分辨率带宽1Hz)信号,满足Li原子D1线频率测量实验的需求.     

SiO2@Gd2O3∶Tb3+核壳微球的可控合成及发光性能研究

采用简便的尿素辅助沉淀法将Gd2O3∶Tb3+成功包覆在二氧化硅微球表面合成了尺寸均匀的球形SiO2@Gd2O3∶Tb3核壳发光材料,解决了稀土发光材料普遍存在的形貌可控性差和颗粒尺寸不均一等问题.利用XRD、SEM、红外光谱和荧光光谱等表征测试了样品的形貌、结构和发光性能.SEM照片和尺寸分布图显示,SiO2@Gd2O3∶Tb3+粒子呈现均匀球形形貌,分散性良好,粒径约(608 +18) nm.XRD图谱分析表明,600℃煅烧后,壳层Gd(OH)3CO3完全转变为立方相Gd2O3,结晶性良好,无杂相生成.同时,结合红外光谱推测了SiO2@Gd2O3∶Tb3核壳微球的形成机理,并得出Gd2O3∶Tb3+壳层主要以Si-O-Gd键形式连接在二氧化硅微球表面.在240 nm紫外光激发下,SiO2@Gd2O3∶Tb3核壳微球呈现绿光发射,其中,位于540 nm处的主峰归属于Tb3+的5D4→7F5能级跃迁.不同Tb3掺杂浓度下的发射光谱表明,当Tb3+掺杂浓度为4mol;时,SiO2@Gd2O3∶Tb3+核壳微球的发射强度达到最大值,寿命为1.55 ms,色坐标位于绿色区域,展现了良好的绿光发光性能.     

基于光纤的光学频率传递研究

随着光钟研究的发展, 光钟的稳定度和不确定度均达到10^-18量级. 通过光纤可以实现光钟频率信号的高精度传输, 有望用于未来“秒”定义的复现. 演示了百公里级实验室光纤上的光学频率传递. 对于在实验室70 km光纤盘上实现的光频传递, 光纤相位噪声抑制在1-250 Hz傅里叶频率范围内均接近于光纤延时极限, 对应传输稳定度(Allan偏差)为秒级稳定度1.2×10^-15, 10000 s稳定度为1.4×10^-18. 实验室100 km光纤的光频传递秒级稳定度也达到了5×10^-15. 提出了光纤噪声用户端补偿的方案, 可以简化星形传递网络中心站的复杂度. 在25 km光纤上演示了该传递方案, 实现的传输稳定度接近传统前置补偿传递方案.     

时间频率基准装置的研制现状

时间频率基准装置——铯原子喷泉钟, 在标准时间产生和保持、基础物理研究中发挥了重要的作用. 介绍了铯原子喷泉钟的工作原理, 对影响其性能的各项噪声源和频移项给出了分析, 影响频率稳定度性能的主要因素为Dick 效应相关的原子团装载时间、微波激励源相位噪声和探测激光的频率噪声, 影响频率不确定性能主要频移项为: 黑体辐射频移、冷原子碰撞频移、腔相位分布频移和微波泄露频移; 总结和比较了当前具有先进性能的铯原子喷泉钟采用的技术; 介绍了铯原子喷泉钟的主要应用方向、空间冷原子铯钟的研制情况和光学频率原子钟进展.     

~6Li原子跃迁频率和超精细分裂的精密测量

本文实现了可用于锂原子频率精密测量的冷原子系统,获得了大数目的原子样品;利用西西弗斯冷却和速度选择相干布居俘获实现了~6Li的冷原子的灰色黏胶冷却,原子的温度被冷却到多普勒冷却极限以下,达到50μK;利用光学频率梳,实验上测量了D1线的跃迁频率和超精细分裂,测量结果和理论计算相接近,可以和目前最精确的测量相比较.这些测量为进一步的轻质量原子频率的精密测量、α常数以及核半径的精确标定打下了基础.     

六角柱形NaErF_(4)和NaErF_(4)@NaYF_(4)核壳微粒制备及多色上转换荧光调控性能EI北大核心CSCD

采用简单的水热法合成了六角柱形NaErF_(4)和NaErF_(4)@NaYF_(4)核壳上转换发光材料,利用扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)和荧光光谱(PL)等表征对材料的形貌、结构和上转换发光性能进行了研究。结果表明,纯NaErF_(4)样品为六角柱形,边长和厚度均为1μm左右,样品表面光滑。随着NaYF_(4)壳层的包覆,六角相NaErF_(4)周围出现了大量的立方相NaYF_(4)纳米颗粒,得到了NaErF_(4)@NaYF_(4)核壳结构。荧光光谱表明,通过在六角柱形NaErF_(4)表面包覆NaYF_(4)壳层,可以有效增强上转换发光强度,其中,位于527,543,663 nm处的3个发射峰分别对应于Er^(3+)的^(2)H_(11/2)→^(4)I_(15/2)、^(4)S_(3/2)→^(4)I_(15/2)和^(4)F_(9/2)→^(4)I1_(5/2)能级跃迁。随着壳层中Y∶F比例的增加,立方相NaYF_(4)的晶体衍射峰逐渐增强;同时,对应的NaErF_(4)@NaYF_(4)样品发射光谱中红绿比(R/G)逐渐增大,发光颜色也从绿色、经黄绿色逐渐向黄色过渡,实现了多色发光。     

Laser frequency instability of 6×10^-16 using 10-cm-long cavities on a cubic spacer

We demonstrate two ultra-stable laser systems at 1064 nm by independently stabilizing two 10-cm-long Fabry–Pérot cavities.The reference cavities are on a cubic spacer,which is rigidly mounted for both low sensitivity to environmental vibration and ability for transportation.By comparing against an independent ultra-stable laser at 578 nm via an optical frequency comb,the 1064 nm lasers are measured to have frequency instabilities of 6×10^-16 at 1 s averaging time.     

基于微波相位补偿的56 km高精度光纤微波频率传递

报道了实验室内56 km光纤微波频率传递的实验研究,在56 km的传递距离上实现了1.8×10^-15/s,4×10^-18/10⁴s的传递稳定度。系统通过环回法比较往返传递的微波信号相位获得链路上的相位扰动量,并实时控制本地发射端的微波发射信号相位实现预补偿。在环回往返传递的不同方向上,系统方案采用不同频率的微波调制信号,这种方法极大避免了光寄生反射效应的影响,同时利用色散补偿光纤改善探测信号相噪等措施,提高了系统的传递稳定度。     

All polarization-maintaining Er:fiber-based optical frequency comb for frequency comparison of optical clocks

We demonstrate an optical frequency comb (OFC) based on a turnkey mode-locked laser with a figure-9-shape structure and polarization-maintaining fibers, for the comparison of frequency among optical clocks with wavelengths of 698 nm, 729 nm, 1068 nm, and 1156 nm. We adopt a multi-branch approach in order to produce high power OFC signals at these specific wavelengths, enabling the signal-to-noise ratio of the beatnotes between the OFC and the clock lasers to exceed 30 dB at a resolution bandwidth of 300 kHz. This approach makes the supercontinuum spectra much easier to be generated than a single branch OFC. However, more out-of-loop fibers degrade the long-term frequency instability due to thermal drift. To minimize the thermal drift effect, we set the fiber lengths of different branches to be similar, and we stabilize the temperature as well. The out-of-loop frequency instability of the OFC due to the incoherence of the multi-branch is about 5.5×10^-19 for 4000 s, while the in-loop frequency instability of f_ceo and that of f_beat are 7.5×10^-18 for 1 s and 8.5×10^-18 for 1 s, respectively. The turnkey OFC meets the requirement for the comparison of frequency between the best optical clocks.     

超稳光生微波源研究进展

随着科技的进步以及精密测量应用技术的不断提高,超稳微波源的稳定度和噪声水平等技术要求不断提高,应用范围愈加广泛,包括高性能频标研究、网络雷达研制、深空导航系统等方面.基于超稳激光和飞秒光梳的超稳光生微波源是目前频率稳定度最高的微波频率源,相对频率稳定度可达10~(16)@1 s量级.该装置也是未来频率标准(光频标)推广应用的基础,无论是时间的产生还是绝大多数的精密测量,都需要将光频标的输出激光变换为超稳的基带频率信号后才能够实现.本文介绍了超稳光生微波源技术的发展、现状和应用需求.以国家授时中心研制的国内首套超稳微波频率源技术为主线,介绍了超稳光生微波源的原理和结构以及各组成部分的技术发展情况:超稳激光方面,着重介绍超稳光学腔研究和研制的进展以及Pound-Drever-Hall锁频技术、剩余幅度调制等噪声抑制技术;飞秒光梳方面,着重介绍目前最常用的掺铒光纤光梳系统的激光锁模、频率控制等技术发展;低噪声光电探测方面,着重介绍宽带光电探测噪声抑制技术和激光幅度噪声引起微波相位噪声的抑制技术.最后对光生超稳微波技术进行了总结和展望.