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.     

用于光频传递的通信波段窄线宽激光器研制及应用

通信波段窄线宽激光器在基于光纤的光学频率传递中有着重要应用. 本文报道了1550 nm超窄线宽光纤激光器的研制及其在光学频率传递中的初步应用结果. 利用一台激光光源, 分别锁定到两个参考腔上(精细度分别为344000和296000), 锁定后经拍频比对测得单台激光线宽优于1.9 Hz, 秒级频率稳定度为1.7×10^-14, 优于国内同类报道. 将研制的超窄线宽激光器用于光纤光学频率传递, 在50 km光纤盘上实现了 7.5×10^-17/s的传递稳定度, 较采用商用光纤激光器提高了3.2倍.     

Coherent Optical Frequency Transfer via a 490 km Noisy Fiber Link

We demonstrate the coherent transfer of an ultrastable optical frequency reference over a 490 km noisy field fiber link. The fiber-induced phase noise power spectrum density per-unit-length at 1 Hz offset frequency can reach up to 510 rad²·Hz^-1·km^-1, which is much higher than the fiber noise observed in previous reports. This extreme level of phase noise is mainly due to the fiber link laying underground along the highway. Appropriate phaselocked loop parameters ...     

振动不敏感球形光学参考腔研究

本文主要研究用于超稳激光研制的实验室内水平放置的球参考腔的振动敏感度问题.研究了支撑点高度和支撑面积对腔长变化的影响,并讨论了加速度大小的变化对腔长变化的影响.在支撑点完全固定的情况下,振动敏感度被降低到3.0×10-10/g以内.通过大量的数值模拟获得了球参考腔的最佳支撑位置.根据优化的结果提出了这种切割球参考腔放置平台的方案.考虑了加工误差、近水平放置和非对称支撑对参考腔振动敏感度的影响,定量地给出了这三种因素引起的腔长改变量,而且讨论了二阶效应对腔长变化的贡献.     

高精细度光学参考腔的自主化研制

高精细度超稳光学参考腔是获得超窄线宽激光的核心部件.本文报道了面向空间应用的高精细度球形超稳光学参考腔自主化研制及其初步测试结果.设计球形腔体直径为80 mm,腔长78 mm,采用平-凹腔镜结构,凹镜曲率半径为0.5 m.使用有限元方法计算了该参考腔的震动敏感度,最佳支撑位置的震动敏感度小于1×10~(-10)/g.采用超光滑表面三级抛光技术实现光学表面粗糙度小于0.4 nm(rms)的超精密加工,采用双离子束溅射法实现工作波长反射率大于99.999%、损耗小于4 ppm腔镜镀膜,干式光胶方法键合腔体和腔镜.利用扫腔线宽法和腔衰荡法对参考腔的线宽和精细度进行了测量,结果表明该参考腔的精细度约为195000,线宽为9.8 kHz.将698 nm半导体激光器锁定到该参考腔上测得其损耗5 ppm.与实验室进口同类型参考腔相比较,主要性能指标与其相当.     

利用共振无源腔分析和抑制飞秒脉冲激光噪声的理论和实验研究

理论分析了共振无源腔对飞秒脉冲激光的强度和相位噪声的转化模型,分析表明,通过测量无源腔透射场或者反射场相对于输入场强度噪声的变化,可以间接得到输入场飞秒脉冲激光的相位噪声.在此基础上设计了精细度约为1500、自由光谱区为75 MHz的八镜环形共振无源腔,并测量了钛宝石锁模激光经过该共振无源腔后透射场和反射场强度噪声的变化.实验观察到,飞秒脉冲激光经过无源腔透射后,强度噪声特性得到较好改善,在探测频率2 MHz附近达到散粒噪声极限.同时,结合共振无源腔对激光强度和相位噪声的转化模型,间接给出了钛宝石锁模激光的相位噪声及无源腔对相位噪声的有效抑制作用.     

空间窄线宽激光器光学系统研究

空间窄线宽激光器作为空间锶光钟的本地振荡源,决定了空间锶原子光钟的中短期稳定度。由于空间站的载荷资源有限,空间窄线宽激光器光学系统既要满足空间光钟参考跃迁的功能要求,又要考虑体积、重量等因素。此外,由于空间窄线宽激光器系统对功耗、热耗都有严格的要求,在激光源输出光功率一定的条件下提高系统光功率的利用率,是保证后续光路光功率需求的关键。为了减小体积,减轻系统重量,采用小型化光学组件构建系统光路;为提高系统光功率的利用率,采用短焦双透镜方案,在此基础上构建该光学功能单元的实验平台。结果显示:声光调制器的单通衍射效率大于90%,双通衍射效率大于70%。对声光调制器驱动信号进行扫描,在±20 MHz扫描范围内,光纤耦合效率变化了50%,基本满足了空间和功率上的应用要求。     

Coherent optical frequency transfer via 972-km fiber link

We demonstrate coherent optical frequency dissemination over a distance of 972 km by cascading two spans where the phase noise is passively compensated for. Instead of employing a phase discriminator and a phase locking loop in the conventional active phase control scheme, the passive phase noise cancellation is realized by feeding double-trip beat-note frequency to the driver of the acoustic optical modulator at the local site. This passive scheme exhibits fine robustness and reliability, makin...