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He-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,无应力超高真空铟封形式,谐振腔稳定性好。利用该激光器进行了实验,实验结果表明,该激光器工作中不需要预热,环境适应能力极强,在高低温与冲击振动条件下均能稳定工作,频率稳定度可以达到10-10量级。     

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…     

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。     

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。     

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.     

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。     

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：     

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)。     

注入锁定激光器的边带锁频技术稳频系统优化分析

介绍了边带锁频技术稳频方法,推导出鉴频曲线,对稳频控制过程进行了分析.建立了注入锁定激光器的边带锁频技术稳频系统理论模型,讨论了相关参量对稳频效果的影响并且进行了优化.结果表明,增加入射光强,采用窄线宽的法布里-珀罗以及对法布里-珀罗进行高准确度温控都可以增强稳频效果.提出适用于注入锁定激光器的两种稳频方案并进行比较.     

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。     

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。     

双路光谱展宽的钛宝石飞秒光学频率梳系统

对中国计量科学研究院研制的第一代基于钛宝石飞秒激光器的光学频率梳系统进行了改进和优化. 通过对激光器重复频率、光谱展宽以及拍频信号探测等方面的改进,有效地降低了光谱展宽的复杂性,提高了飞秒光学频率梳系统的稳定性和激光频率测量的便捷性. 采用该光学频率梳系统对碘稳频532 nm和碘稳频633 nm激光绝对频率进行了测量,测量结果在国际推荐值的不确定度范围之内. 关键词： 光学频率计量 飞秒光学频率梳 光谱展宽     

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。     

兰姆下陷

在单模激光器中,当激光跃迁的增益曲线由于多普勒效应或压力效应等原因而产生非均匀加宽时,激光器的输出功率在原子跃迁的中心频率v0处有一极小值,如图所示.我们可以看到:在曲线中央,有一对应于原子跃迁中心频率v0的凹形下陷.这就是“兰姆下陷”. 由于这是一个对称的凹形下陷,因此可以利用光电元件及电子学仪器从单模激光器的输出中获得误差信号,从而稳定激光器的振荡频率.并且,由于兰姆下陷的极小值仅与原子跃迁中心频率有关;在工艺上可以使兰姆下陷中心两侧的斜率较陡,因此,用这种方法可以获得频率稳定性较好(10-9数量级)的激光器.兰姆下…     

用于激光稳频系统的控温F-P标准具特性研究

法布里-珀罗标准具由于其结构简单、性能稳定,不仅可以实现不同频率光束的分离、高精度的长度测量、分析激光的纵模结构等,还可用于激光器的稳频系统。本文对F-P标准具的透射率、半高宽度、自由光谱区以及透射率与温度的关系等特性进行了研究,并将其应用在激光器的稳频装置中。     

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     

太赫兹半导体激光光频梳研究进展

光频梳由一系列等间距、高稳定性的频率线组成.由于具有超高频率稳定性和超低相位噪声,光频梳在精密光谱测量、成像、通信等领域具有重要应用.在太赫兹波段,基于半导体的电抽运太赫兹量子级联激光器具有大功率输出、宽频率覆盖范围等特点,是产生太赫兹光频梳的理想载体.本文主要介绍基于太赫兹半导体量子级联激光器光频梳的研究进展,详细列举了自由运行、主动稳频和被动稳频模式下产生光频梳的方法.双光梳光谱可以克服传统太赫兹光谱仪需要机械扫描系统而难以实现实时光谱检测的难题,是光频梳应用的主要方向.在光频梳基础之上,本文还介绍了采用两个太赫兹量子级联激光器产生双光梳的方法和应用.     

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。     

激光稳频技术的新发展(Ⅲ)──脉冲激光器的稳频技术和激光波长测量

脉冲激光器的频率稳定和测量,一向是一个较棘手的问题.但近年来,随着脉冲激光器在激光化学、激光光谱、激光雷达和外差检测系统等方面应用的发展,迫使人们去探索稳定脉冲光频的方法.下面介绍的几种脉冲激光稳频方法. 一、长期稳腔式[1]; 稳腔长当然可以稳定光频,但脉冲的持续时间短,较难判断腔长是否已被稳定,故采用一种长期稳腔的方案.这个方案在TEA CO2激光器中得到较合理实施,系统如图1所示,将TEA激光头和连续CO2器件置于同一谐振腔内,以构成混合式TEA激光器,获得单纵模振荡.通过连续器件的光电流稳频系统,以某一谱线(P或R的某一支…