置于超高真空环境且控温的超稳光学腔的腔线宽及零膨胀温度点测定

高精细度超稳光学法布里-珀罗腔可以提供高精度的频率标准和频率分辨能力,在光学频率原子钟和量子精密测量等领域发挥重要作用,将其控温至零膨胀温度点可进一步有效提高超稳光学腔共振频率的稳定度。实验中构建了一套由超低膨胀系数的微晶玻璃材料制作的球型平凹F-P腔,镀有1560.5 nm和637.2 nm双波长高反多层介质膜,放置于可以精确控温的超高真空系统中。利用射频调制边带法测量得到超稳光学腔的自由光谱区为3.145 GHz,腔线宽～100 kHz,得到超稳光学腔在设定波长的精细度可高达30 000以上。在此基础上通过倍频波导器件将1560.5 nm激光倍频至780.25 nm,利用超稳光学腔共振频率和铷原子饱和吸收谱的对比,获得超稳光学腔在不同温度下共振频率的精确数值,根据相对腔长变化测量超稳光学腔系统的热膨胀特性,拟合得到零膨胀温度为(10.688±0.115)℃。高精细度光学腔提供了稳定的频率基准,同时可有效压窄激光线宽,抑制相位噪声,是产生优质光源的重要工具。我们已将其优异的短期频率稳定性和极低的频率噪声应用于通过高稳定度的637.2 nm红光腔增强倍频实现高稳定度的318.6 nm窄...     

半导体超晶格子带间跃迁的光学双稳

运用Kronig-Penney(KP)模型的新形式,研究半导体超晶格中子带间跃迁的光学双稳特性。由二子能带模型密度矩阵方法,导出了子带间光跃迁的Maxwell-Bloch(MB)方程。从MB方程的定态解出发,得到了环形腔中超晶格子带间跃迁的光学双稳态方程,进而讨论了这种光学双稳的特点以及实现的条件。 关键词：     

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.     

基于传递函数的超稳激光器光学参考腔热仿真研究

当采用Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术将激光频率锁定在Fabry-Pérot(FP)腔时,激光的频率稳定性完全取决于FP腔的腔长稳定性,而外界环境的温度波动是参考腔腔长稳定性的重要影响因素之一。以典型的FP参考腔真空系统为研究对象,着眼于参考腔对外界温度变化的响应情况,通过理论分析推导出FP参考腔温度与外界温度的传递函数关系,并基于参考腔的温度敏感度曲线,给出参考腔温度敏感度的近似计算公式。数值计算结果证明了传递函数关系的正确性,敏感度近似计算公式的结果虽与理论值存在一定误差,但具有形式简单、参数直观、计算方便等特点,对超稳激光系统设计具有重要的指导意义。     

四通道超稳腔的振动分析及热分析

镱原子光钟是当前稳定度最好的光钟,其稳定度已经进入10?19的量级.依托于高精度的镱原子光钟,可以开展广义相对论的检验以及测地学等领域的科学和应用研究.镱原子光钟研制过程中需要用到多种频率的光,所以针对这些激光的频率控制是镱原子光钟研制的一项关键技术问题.本文针对钟激光以外其他四种激光的频率控制要求,以一个四通道超稳光...     

谱线自动提取的小波变换零交叉点方法

将原始光谱进行小波变换,然后研究谱线在小波变换域内呈现的特性,通过引入上、下零交叉点的概念,分析并得到吸收线和发射线分别对应于不同类型的零交叉点的结论。提出一种小波变换零交叉点方法用于提取谱线和拟合连续谱,与传统方法相比,该方法可以同时得到连续谱和谱线,并且无需专门去噪处理,克服了传统方法因拟合连续谱失真和去噪过程中带来的误差导致提取谱线不准确的缺点。通过对恒星、近邻星系等的试验表明,该方法是有效的, 对特征参数计算和基于谱线的光谱分类是非常有利的。     

127)I2在633nm波段的超精细强谱线及稳频半导体激光器

报道了观察到的碘分子（¹²⁷I₂）在633nm波段的5组超精细强谱线,并对每组谱线的频率间距及相应振转能级的跃迁强度作出了计算,结果和实验吻合得很好．利用计算结果,对这5组谱线对应的振转能带作出了甄别．由于这些新谱线比用于氦氖激光器稳频的R（127）11.5跃迁强几百倍,因此利用这些新谱线作为半导体激光稳频的参考谱线,得到了功率为3mW的激光输出,这种半导体激光可成为新型光频标． 关键词：     

Nd:YVO4/KTP环形倍频激光器三次谐波稳频碘吸收谱线超精细结构的研究

采用三次谐波稳频的方法,对Nd：YVO4／KTP环形倍频激光器的碘吸收谱线的超精细结构进行研究,在实验上观测到的两组谱线的超精细结构与理论值基本相符,其中,观测到的R(70)36-1谱线属于第一激发态跃迁,这一结果尚未见报道。     

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.     

Vibration insensitive optical ring cavity

The mounting configuration of an optical ring cavity is optimized for vibration insensitivity by finite element analysis. A minimum response to vertical accelerations is found by simulations made for different supporting positions.     

用于互组跃迁谱测量的窄线宽激光系统

采用Pound-Drerer-Hall稳频技术将689 nm激光锁定在高精细度超稳极低膨胀系数材料腔上,实现用于探测锶原子互组跃迁谱的窄线宽激光.利用光腔衰荡光谱技术,测量了不同阶次多横模情况下腔的精细度,并在理论上分析了平凹型Fabry-Perot腔的损耗与多横模阶次的关系.考虑了光开关延时及探测器响应时间在测量中的影响,对腔衰荡时间的实验测量值进行了修正.利用光纤飞秒光频梳测量了激光器的频率漂移,测出窄线宽激光频率稳定度的秒稳优于2.8×10-13.利用窄线宽激光在锶原子束上观测到具有高信噪比的窄线宽原子跃迁谱线,实验测得谱线的线宽为55 kHz,该窄线宽原子谱线可应用于锶原子二级冷却激光绝对频率的精确测量及锶原子互组跃迁谱的四种同位素位移测量.     

Two-hertz-linewidth Nd:YAG lasers at 1064nm stabilized to vertically mounted ultra-stable cavities

Two Nd：YAG lasers operating at 1064 nm are separately servo-locked to two vertically mounted ultra-stable cavities. The optical heterodyne beat between two cavity-stabilized lasers shows that the linewidth of each laser reaches 2 Hz and the average frequency drift reduces to less than 1 Hz/s.     

锶原子互组跃迁谱的实验研究

观测了热原子束中锶原子(5s²)¹S₀—(5s5p)³P₁ 互组跃迁的荧光谱和饱和荧光谱, 实验测定了不同的参量下 ⁸⁸Sr(5s²)¹S₀—(5s5p)³P₁ 互组跃迁荧光谱. 研究结果表明: 不同的实验参数(温度、激光光强、激光扫描频率)对谱线有较大的影响, (5s5p)³P₁态的长寿命特点导致谱线强度随激光扫描频率呈倒数关系变化; 由于Doppler增宽, 渡越增宽等因素的影响, 谱线线宽远大于其自然线宽且随激光扫描频率呈正比关系变化.     

基于发射光谱的DF激光器光腔温度与粒子数分布

 建立了谱线增益系数与温度、粒子数分布之间及谱线增益系数与谱线强度之间的关系式,对一台燃烧驱动DF激光器的发射光谱进行了测量,利用发射光谱数据计算得到光腔温度为381.4 K,分布在振动态能级1与0,振动能级2与1,振动能级3与2的粒子数之比分别为0.60～0.62, 0.676 4, 0.71～0.74。     

锶原子光晶格钟自旋极化谱线的探测

87Sr原子存在核自旋,在磁场作用下原子能级会分裂成不同塞曼子能级.通过光抽运对原子进行自旋极化,其自旋极化谱线的探测为锶光钟系统的闭环锁定提供精确的频率参考.本文对~(87)Sr原子钟跃迁能级5s~2~1S_0→5s5p~3P_0中的m_F=+9/2和m_F=-9/2的塞曼磁子能级自旋极化谱线进行了探测.经过一级宽带冷却和二级窄线宽冷却与俘获后,锶冷原子温度为3.9μK,原子数目为3.5×10~6.利用邻近"魔术波长"的813.426 nm半导体激光光源实现水平方向的一维光晶格装载.采用归一化探测方法用线宽为Hz量级的698 nm钟激光对~1S_0→~3P_0偶极禁戒跃迁进行探测,在150 ms的探测时间下获得线宽为6.7 Hz的钟跃迁简并谱.在磁光阱竖直方向施加一个300 mGs的偏置磁场获得塞曼分裂谱,并通过689 nm的圆偏振自旋极化光进行光抽运,最终在探测时间为150 ms时,获得左右旋极化谱线线宽分别为6.2 Hz和6.8 Hz.     

基于发射光谱的DF激光器光腔温度与粒子数分布

建立了谱线增益系数与温度、粒子数分布之间及谱线增益系数与谱线强度之间的关系式,对一台燃烧驱动DF激光器的发射光谱进行了测量,利用发射光谱数据计算得到光腔温度为381.4 K,分布在振动态能级1与0,振动能级2与1,振动能级3与2的粒子数之比分别为0.60～0.62, 0.676 4, 0.71～0.74。     

利用传输腔技术实现镱原子光钟光晶格场的频率稳定

为了获得高稳定度和高精确度的原子光晶格钟,光晶格场的频率必须得到锁定,线宽必须控制到特定水平用来消除交流斯塔克频移.本文提出利用传输腔技术来实现对镱原子光钟的光晶格场的频率锁定和抑制频率长期漂移的锁定方案.首先,将一个殷钢材料的传输腔锁定在基于调制转移谱技术锁定的780 nm激光场上,再将759 nm的光晶格光场锁定在传输腔上.实验结果表明,光晶格光场的线宽可以锁定和控制在1 MHz以下.光晶格光场与锁定于氢钟的光梳拍频结果显示,光晶格光场的长期频率稳定度优于3.6×10~(-10),可以确保实现镱原子光钟的不确定度进入10~(-17).