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...     

一种新的激光稳频技术

在精密光学测量中,目前广泛使用的是633nm He-Ne 兰姆凹陷稳频或塞曼双频稳频激光器.它们是以激光工作物质本身谱线作参考,用其增益曲线通过检测光强获得误差信号来实现稳频的.稳频激光器的稳频性能用频率稳定度和频率再现性量度.频率稳定度一般用频率起伏量△v的相对值△v/v0来表示v0是稳频参考频率,△v最好用阿仑方差进行处理[1].因为v0会随激光管参数、稳频器工作参数变化,因此v0本身稳定与否便是衡量稳频激光器稳频性能的又一重要指标,本文将同一支激光管在使用期间v0的相对变化量△v0/v0定义为频率再现性.目前广泛使用的这两类稳频激…     

峰值稳频横向塞曼He—Ne激光器

本文主要介绍一种峰值稳频横向塞曼He-Ne激光器。实验发现激光器输出相互垂直振动的光拍频频率的最大值对应激光器增益轮廓中心。利用调制的方法将激光器输出激光的频率稳定在增益轮廓中心。与国家计量测试研究院的碘吸收稳频标准激光器拍频,频率稳定度为1×10~(-9)。     

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。     

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.     

双纵模He-Ne激光器的拍频稳定度分析

对He-Ne双纵模激光器中两纵模的拍频稳定度进行了讨论.理论上分析了影响双纵模激光拍频稳定度的因素,推导出在考虑了频率牵引效应后双纵模的拍频稳定度和单模频率稳定度之间的关系.计算结果表明对于632.8 nm波长的He-Ne激光器,当频率牵引参量σ1为10-3时,双纵模的拍频稳定度约为其中任一单纵模频率稳定度的1000倍.实验证明当单纵模频率稳定度为1×10-9时,其拍频稳定度为3.3X10-6.     

模牵引效应对双频He-Ne激光器拍频稳定性的影响

为了提高利用压电元件稳频的双频激光器的拍频稳定度,分析了各种误差因素尤其是模牵引效应的影响。考虑模牵引效应后,拍频稳定度的理论值主要由程长、增益和温度的稳定度决定。在恒温室内,同一激光器使用普通电源时拍频稳定度为4.5×10-8,使用高稳定度电源时为1.2×10-9。测量了拍频与电流和温度的关系,证明增益和温度对拍频稳定度有较大影响。因此对采用压电元件稳频的双频激光器,除了稳频精度要高,还必须采用高稳定度电源并消除温度的影响,才能达到较高的拍频稳定度。     

用乙炔稳频二极管-泵浦Er-Yb玻璃激光器

介绍了一种新颖的二极管-泵浦Er-Yb玻璃激光器,利用Pound-Drever-Hall技术并采用乙炔分子P（15）线对其实现了稳频。实验装置中将两个激光器的出射波长锁定到同一气室的乙炔P（15）吸收曲线的同一侧,使得温度对吸收峰值频率产生的漂移和温度导致气压变化使线宽增宽均对频率稳定性不产生影响。通过测量两个相同激光器系统间出射光波的拍频发现,激光的短期带宽窄于50kHZ,通过频率波动情况得出激光器有较高的相对频率稳定度。改进后的激光器稳定性和重复性显著提高,适合于实现高精度的光学频率标准。     

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     

一种新型的用于差分吸收激光雷达中脉冲式光学参量振荡器的种子激光器的频率稳定方法

提出了一种新型的用于差分吸收激光雷达中脉冲式光学参量振荡器的种子激光器的频率稳定方法. 详细介绍了该稳频方法的工作原理和实验装置, 并在理论上对该方法的稳频精度及其影响因素进行了分析. 利用该方法, 在实验中将种子光激光器稳定在水汽的吸收峰中心(935.6849 nm)处, 频率抖动的标准差小于8 MHz. 测试了种子注入后的光学参量振荡器输出的脉冲光的频率抖动, 测试结果表明, 脉冲光频率能够与种子光保持一致, 频率抖动的标准差小于28.7 MHz, 该稳频结果完全能够满足差分吸收激光雷达的需求.     

基于自制超稳定F-P腔压窄632.8nm外腔半导体激光线宽的实验研究

窄线宽激光由于其具有单色性好、稳定度高、相干长度长等优点,广泛应用于光电检测领域,包括相干通信、精密测量、光学频率标准、吸收光谱计量以及光与物质相互作用研究等。目前频率稳定的氦氖激光器线宽可以达到MHz量级,分布反馈式（DFB）光纤激光器线宽可达kHz量级,DFB半导体激光器线宽可以达到MHz量级,然而光栅反馈半导体激光器可以实现百kHz量级线宽的输出。为了进一步压窄各类激光器线宽,需要通过反馈控制技术来锁定激光到某一频率参考。该研究将自行设计的超稳腔作为频率参考,实现了632.8 nm外腔半导体激光器（ECDL）线宽的有效压窄。本窄线宽激光产生系统的研制包括超稳腔设计、光路设计、ECDL频率控制以及系统集成。超稳腔采用两镜法布里-珀罗腔（F-P腔）结构,腔体是膨胀系数约为10-6 K-1的微晶玻璃,腔镜为一对反射率达99.988 5%(±0.003 5%）的平面镜和凹面镜。为进一步减小外界环境对F-P腔腔长的影响,需要对腔体进行温度控制,本系统采用四片总功率为96 W的半导体制冷片以及水冷散热设计。同时为了降低声音和空气流动对腔模频率的影响,将F-P腔置于真空度为10-5 torr的真空室中;另外为了有效隔振,腔体与真空室用硅橡胶材料隔离。该系统采用的ECDL为德国Toptica公司的DL pro系列激光器,其具有压电陶瓷（PZT）和电流调制两个频率控制端,响应带宽分别为1 kHz和100 MHz。激光器的频率控制采用了Pound-Drever-Hall （PDH）锁频技术,18 MHz的调制频率加载到激光器的电流调制端,通过对F-P腔的反射信号进行解调获得误差信号,通过两路反馈控制,实现了近1 MHz的锁定带宽。通过对系统的不断优化,最后将自由运转状态下约300 kHz的激光线宽压窄到了10 kHz量级,并且系统运行稳定,连续12小时锁定的频率漂移量约为30 MHz。该研究研制的632.8 nm窄线宽激光源不仅可以应用到吸收光谱计量领域,同时也可以在光学面型精密测量领域发挥重要作用。     

铷原子饱和吸收光谱与偏振光谱对780nm半导体激光器稳频的比较

将激光频率锁定于合适的参考频率,可以有效地抑制激光器的频率起伏。本文采用铷原子D2线超精细跃迁线的饱和吸收光谱和偏振光谱分别获得鉴频曲线,通过电子伺服系统将频率校正信号负反馈到780 nm光栅外腔反馈半导体激光器外腔的压电陶瓷上的方法对激光器进行稳频。介绍了两种方法的基本原理和实验方案。与激光器自由运转300s时激光器典型的频率起伏约6.6 MHz相比,采用饱和吸收光谱和偏振光谱进行稳频,运转300 s时激光器典型的残余频率起伏分别约为1.5 MHz和0.6 MHz。分析表明,饱和吸收光谱稳频采用了相敏检波技术,需要对激光器进行频率调制,带来了额外的频率噪声,而偏振光谱稳频则是一种完全无频率调制的稳频方案。     

双纵模He-Ne激光器稳频稳幅的时间相干时谱法(理论部分)

本文提出了一种实现双纵模He-Ne激光器稳频稳幅的新方法——时间相干时谱法.并分析了其调谐特性,介绍了相应的实验装置.     

铷原子饱和吸收光谱与偏振光谱对780nm半导体激光器稳频的比较

将激光频率锁定于合适的参考频率,可以有效地抑制激光器的频率起伏。本文采用铷原子D2线超精细跃迁线的饱和吸收光谱和偏振光谱分别获得鉴频曲线,通过电子伺服系统将频率校正信号负反馈到780 nm光栅外腔反馈半导体激光器外腔的压电陶瓷上的方法对激光器进行稳频。介绍了两种方法的基本原理和实验方案。与激光器自由运转300s时激光器典型的频率起伏约6.6 MHz相比,采用饱和吸收光谱和偏振光谱进行稳频,运转300 s时激光器典型的残余频率起伏分别约为1.5 MHz和0.6 MHz。分析表明,饱和吸收光谱稳频采用了相敏检波技术,需要对激光器进行频率调制,带来了额外的频率噪声,而偏振光谱稳频则是一种完全无频率调制的稳频方案。     

电光相位调制器中剩余幅度调制变化的抑制

实验研究了电光相位调制中剩余幅度调制以及它的变化引起的碘稳频532 nm光频标的频率漂移。观测了电光晶体温度与剩余幅度调制和光频标锁定后激光频率之间的变化关系。研究了利用主动电压反馈抑制剩余幅度调制的实际效果和存在问题。提出并实现了采用主动温度反馈控制电光晶体温度对剩余幅度调制变化的抑制。实验表明,在主动温度反馈系统闭环后,剩余幅度调制基波成分的抑制程度超过40 dB,同时有效地控制了剩余幅度调制的变化。采用该系统后,没有发现产生附加的激光频率起伏。测量的百秒至万秒取样时间的激光频率稳定度可达到或优于5×10-15,明显地改善了碘稳频532 nm光频标的中长期激光频率稳定度。     

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。     

激光模简并解除及频差理论分析

本文介绍了激光模简并解除的实验观察和模简并解除的原因。利用激光器的兰姆理论详细分析和计算了单模和多模运转时模简并解除后的频差,并给出了频差随腔调谐频率变化的曲线。 关键词：     

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     

一种新型多波长绝对距离干涉测量系统的研究

介绍了一种新型多波长绝对距离干涉测量系统。系统采用633nm的双纵模He-Ne激光器和629nm的He-Ne激光器,组成三级合成波长链对较大距离进行精密测量,并作了误差分析。系统采用高稳定度的声光晶体对各波长分别进行偏频,再用外差探测法测量出光束通过参考光路和测量光路后的位相差。简要介绍了629nm的He-Ne激光器的设计方案。