基于声光调制器的光学锁相环He-Ne激光稳频方法研究

报道了一种基于声光调制器与光学锁相环相结合的高稳定度激光稳频方法,用于提高热稳频He-Ne激光器的频率稳定度和准确度。为了克服全内腔热稳频He-Ne激光精密调谐困难的缺点,发展了基于声光调制器两次移频的频率调谐光路,有效地消除声光调制器移频光束路径对衍射角θ的依赖。自行研制了具有高灵敏度与捕获带宽的光学锁相环系统,利用声光调制器的高频率响应特性实现热稳频He-Ne激光高速、准确的锁定。成功实现了热稳频He-Ne激光器偏频锁定至碘稳频HeNe激光器。实验结果表明,环路锁定后拍频频率波动在±0.2 Hz范围内,频率抖动的标准差为0.04。偏置频率为30 MHz时,系统在1 s和1 000 s积分时间的相对阿伦方差分别为3.3×10^-9和1.4×10^-12。系统锁定后,压缩后的拍频线宽小于2 kHz。该研究表明,采用基于声光调制器与光学锁相环相结合的激光稳频方法可以实现亚赫兹级的激光频差控制,通过将热稳频He-Ne激光器偏频锁定至高稳定度的参考激光源可以显著提升其频率稳定度和准确度。     

基于纵模拍频控制的激光稳频技术

介绍了一种新的双纵模激光稳频技术:基于激光频率与纵模频率间隔的对应关系,通过精密锁相控制技术将两相邻纵模的拍频频率锁定在射频频率标准上,以控制激光谐振腔腔长,实现锁定激光频率的目的.理论分析表明,激光频率稳定度与两相邻纵模拍频频率的稳定度相同;实验上以射频频率标准为参考,精密锁定了He-Ne激光两相邻纵模的拍频频率及激光频率,且对采用该技术稳频的两套He-Ne激光系统进行了比对.实验结果表明,激光频率的稳定度为5×10-10(1 s积分时间),5×10-11(100 s积分时间).     

饱和吸收选模的可调谐单模612毫微米He-Ne激光器

He-Ne激光是最常用的激光之一.在可见区,除了常用的强线633nm波长(红色〕外,还有一些弱得多的激光谱线,其中较强的是612nm(桔黄色)和640nm(紫红色)波长.由于它们很弱,发现之后十多年间很少被应用.近几年,碘分子饱和吸收稳频的612nm He-Ne激光,呈现出诱人的应用前景,因为它的饱和吸收峰的衬度很高(5～10%),造成很好的频率复现性,稳定性也很好.     

稳频激光综述

本文简要介绍在计量中应用的各种稳频激光系统的频率稳定度和复现性、激光频率和波长测量的现状以及新的来定义。     

1.53μm光纤光栅外腔半导体激光器乙炔吸收稳频

报道了1.53μm波段光纤光栅外腔半导体激光器的乙炔吸收稳频.通过理论分析参数选择,设计了光纤光栅外腔半导体激光器和光纤光栅调谐与调制结构.利用锁定放大器闭环控制布拉格波长,将激光器输出波长锁定在乙炔气体1530.37 nm的吸收峰上,频率稳定度达10-8.     

高稳定度窄线宽激光器的研究

介绍了3种不同类型的高稳定度窄线宽激光器的研究进展.基于Littman结构和饱和吸收光谱稳频技术,研制了稳频外腔半导体激光器系统,输出波长为780.2 nm,频率稳定度1 MHz,不失锁时间大于12 h.利用边带稳频技术将分布反馈(DFB)激光器的输出波长稳定在Cs原子的吸收谱线的边带处,引入数字信号处理器(DSP)全数字稳频控制技术,实现了自动找频和稳频,获得波长为852.3 nm的稳频激光输出,24 h内频率漂移为±2 MHz.利用国产磷酸盐玻璃光纤作为增益介质,实现了一台高功率单纵模光纤激光器,制作的厘米级激光器实现了最大输出功率100 mW,利用外部光反馈实现单偏振运转,测得输出线宽为2 kHz,偏振消光比优于35 dB.     

用于原子重力仪的外腔半导体激光器的两种稳频方法比较

在铷原子气室中实现了饱和吸收谱稳频法和消多普勒的双色谱稳频法,以给在建的原子干涉重力仪系统选择合适的激光稳频方法。介绍了两种稳频方法的基本原理及实验细节。通过调整光路设计、自制低噪声光电探测器以及应用数字锁定模块,获得了良好的鉴频误差信号。每种方法都搭建了两套稳频系统并在3 000 s采集时间内保持锁定。激光器在经饱和吸收法和消多普勒双色谱法锁定后,激光频率波动分别为16.2 kHz和31.4 kHz,相应于在10 s采样时间下分别获得4.2110-11和8.1810-11的频率稳定度;相比之下,激光器自由运转时,频率波动和稳定度分别为629 kHz和1.6410-9。在原子重力仪系统小型化的需求下详述了两种稳频方法的优缺点,比较而得消多普勒的双色谱稳频法在原子干涉重力仪的小型化模块化发展方向不失为具有潜力的一种选择。     

小型化碘稳频532nm固体激光器

传统532nm波长碘稳频固体激光频标装置虽然能达到很高的频率稳定度和不确定度,但装置比较庞大,不便搬运。而对于一些对激光频率稳定度要求不高的实际应用,如绝对重力仪等,缩小装置的体积以易于搬运,成为更为关注的因素。建立一套小型化532nm固体激光器,该系统体积小巧,易于搬运。通过与原有碘稳频532nm固体激光标准装置的进行拍频测量实验,得到1s的阿伦偏差为2.4×10-12,并计算得到该激光器的频率绝对值为563260223436kHz,对应的频率不确定度为52kHz(包含因子k=2)。该系统已被用于中国计量科学研究院的绝对重力仪中。     

633nm内腔式He-Ne激光器热-频率特性研究

研究了在-20～40℃环境温度下633nm内腔式He-Ne激光管的自由运转特性,设计了激光器系统的预热和稳频控制方案,实现了633nm内腔式He-Ne激光器的频率稳定。当室温约为24℃时,锁定后的热稳频激光器与高精度碘稳定激光器的拍频结果显示,3h内频率的相对标准不确定度为u=6.4×10^-9,阿伦方差为7.0×10^-11（采样时间τ=1s）,3个月内的频率复现性优于4.6×10^-9。研究了在-20～40℃范围内不同环境温度下锁定后输出激光的频率漂移规律,实验结果显示,稳频后激光输出频率随环境温度的漂移量约为293kHz/℃,与采用压力估算模型计算得到的漂移值268kHz/℃相一致。因此,当激光器工作在一个较大的温度范围内时,可以通过插值校准来获得更准确的参考输出频率。     

偏频锁定法稳定塞曼氦氖激光频率

研制成一种互锁的无调制的塞曼He-Ne激光稳频器。稳频中心调谐在左右旋光差频曲线的最大斜率点上,以获得有较大的激光输出功率,环路能给出快速锁定,秒级频率稳定度优于2×10~(-10)。     

一种自稳频大功率单频He-Ne激光器的功率估算

介绍了一种大功率单频、自稳频、高输出功率He-Ne激光器功率估算方法的改进。用这种方法的估算值与实际输出功率值符合得较好。     

“偏频锁定”无调制的稳定激光器

本文介绍了一种无调制激光输出的“偏频锁定”稳频方法.文中对“偏频锁定”型激光器的工作原理、系统的主要部件及设计的考虑进行了较详细的描述.最后还给出了一台已用于碘稳定He-Ne激光器的“偏频锁定”稳频的实际电路.     

Broadband optical coupling modulation

A KD*P internal coupling modulator has been operated in a high-power single-frequency 0.63-micron He-Ne laser similar to that described earlier by Smith. It is shown that distortion in the output due to resonant buildup of energy in the passive cavity modes when the modulation frequency is equal toc/2Lcan be reduced to an acceptable level. The modulator bandwidth was greater than 700 MHz, and the maximum optical output power was 3.6 mW. For an optical output power of 0.5 mW, the performance index was estimated to be 0.4 mW of RF driving power for each MHz of bandwidth.     

Stabilization of reproducibility of frequencies of He-Ne lasers at 0.63 µ

We have investigated the frequency reproducibility of a He-Ne laser (0.63μ). We used the dependence of absorption on frequency in the strong-field standing-wave limit to provide stabilization. An absorption cell with a pure neon discharge atT = 73degC could be placed both inside and outside the resonator. In the former case, a magnetic field was used to influence the gain profile of the line in the He-Ne mixture in such a way as to increase the accuracy with which the center of the absorption line corresponded to the frequency for maximum power output of the laser oscillation. In the latter case, we used a single-mode laser to obtain saturation of absorption in the cell. The long-term reproducibility obtained wasapprox 10^{-9}. The short-term stability was much better. To obtain a very narrow dip in the center of the absorption line and consequently much higher stability (10^-13), we have investigated the vibration spectrum of absorption in the strong field of a standing wave in the CO2laser (10.6μ) and He-Ne-Ch4(3.39μ) systems.     

同步抽运锁模的掺镱光纤激光器

同步抽运锁模是一种调制增益的锁模技术，就是调节抽运光的调制频率使之等于激光器纵模间隔的整数倍。通过对抽运光源半导体激光器的驱动电流进行正弦调制，实现了掺镱光纤激光器(YDFL)的同步抽运锁模。通过调整抽运激光器的调制频率，在相应于二次谐波锁模，4阶有理数谐波锁模条件下分别得到了较窄的脉冲输出。对重复频率625kHz的二次谐波锁模脉冲序列，脉冲宽度小于20ns，约为抽运光宽度的1／40；平均输出功率2．34mw，能量转换效率约为5％。     

基于半导体光放大器交叉增益调制效应的主动锁模光纤激光器

提出一种腔内损耗小的基于半导体光放大器(SOA)交叉增益调制效应(XGM)的主动锁模光纤激光器结构。使用光环行器成功减小了激光器的腔内损耗,提高了激光器的输出功率。从理论上对有理数谐波锁模过程中腔内脉冲复合的物理机制进行了详细分析。利用有理数谐波锁模技术,在调制频率为10 GHz下,得到了重复频率为30 GHz的皮秒级光脉冲序列输出,其峰值功率约0.5 mW。由于半导体光放大器的宽增益谱与滤波器的较大可调谐范围,使得激光器输出可以在较大的波长可调谐范围内保持较大功率输出。成功实现了调制频率为20 GHz的谐波锁模短光脉冲输出,可调谐范围达40 nm,峰值功率大于0.65 mW。半导体光放大器和激光器的短腔长保证了激光器的长期稳定性。     

高功率266 nm全固态单频连续波激光器研究进展

高功率单频连续波266 nm激光在大容量信息存储、高分辨光谱监测及高精度紫外光刻等领域具有重要应用价值,近年来已成为国内外紫外激光领域的研究热点之一。文中首先综合比较了用于产生高功率266 nm紫外激光的非线性光学晶体基本性能,并根据主要的激光器频率锁定方法,重点分析了H?nsch-Couillaud (H-C)频率锁定和Pound-Drever-Hall (PDH)频率锁定方法的优缺点以及连续波单频266 nm激光器发展现状,介绍了本课题组最新研究成果,即基于H-C频率锁定方法实现了功率1.1 W的单频连续波266 nm紫外激光稳定输出。最后,针对进一步提升全固态单频连续波266 nm激光器性能亟需解决的问题和可能解决路径进行了简要分析和展望。     

Frequency stabilization of He-Ne lasers by saturated absorption

The performances of He-Ne lasers stabilized by saturated absorption in methane at 3.39 μm and iodine at 633 nm have been compared from the point of view of their use as optical frequency standards. Both lasers have shown a frequency stability comparable with the cesium-beam frequency standard and a reproducibility much better than the krypton-lamp length standard.     

石墨烯锁模的全保偏光纤激光器

报道了一种基于反射式石墨烯可饱和吸收镜锁模的全保偏掺铒光纤激光器。分别使用单层和十层石墨烯作为可饱和吸收器件,通过全保偏结构,避免了外界环境对腔内偏振态的影响,获得了高稳定性、高偏振度、易自启动的锁模脉冲输出,脉冲宽度分别为697 fs和502 fs。实验表明,十层石墨烯相比于单层石墨烯能够获得更窄的脉冲宽度,更高的峰值功率,具有好的锁模效果。研究同时发现,经十层石墨烯锁模,进一步提高泵浦功率,可在全保偏光纤腔中获得重复频率62.94 MHz的二阶谐波锁模脉冲输出。并通过非线性薛定谔方程对谐波锁模产生的机理进行了分析。这种基于反射式可饱和吸收镜的全保偏锁模光纤激光器有望成为实现基频锁模与谐波锁模可切换的单偏振激光源。