DFB激光器饱和吸收稳频的精密温控系统设计

相对于外腔半导体激光器,分布式反馈(Distributed Feedback Laser,DFB)激光器的温调率较高,为实现饱和吸收稳频,需要对激光器温度进行精密控制。分析了饱和吸收稳频系统的控温需求,基于MAX1978芯片设计了精密温控系统；利用恒流源对测温电桥电路进行了线性优化,利用遗传算法对模拟PID电路参数进行快速整定,系统最终实现0.2mK的控温稳定度,比同类设计的稳定度高1~2个数量级,解决了饱和吸收谱线明显晃动的问题,具有广阔的应用前景。     

四频差动激光陀螺稳频系统研究

详细阐述了四频差动激光陀螺无调制光强差稳频系统的电路组成和工作过程,通过理论分析和实验对系统的稳频精度进行了估算,频率作稳定性为1．2×10－9。     

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。     

可调谐半导体激光器的高精密驱动电源与稳频设计

介绍了一种新型实用的半导体激光稳频系统,主要包括精密控温电路、精密控流电路和激光稳频电路.对电路原理进行了讨论,给出了具体的参考电路和测量结果.结果表明控温电路的控制精度达到1 mK,使得由于温度影响导致的频率漂移小于3.8 MHz,控流电路的控制精度为1 μA,使得由于电流抖动引起的频率抖动小于1 MHz,控温,控流电路与稳频电路组成的半导体激光稳频系统能够很好地将频率稳定于原子跃迁线上.所设计的稳频系统精度高、调节方便,可用于激光精密长度测量、化学精密检测和激光冷却等.     

四频差动激光陀螺中的激光稳频

本文首先分析了四频差动激光陀螺的稳频原理 ,进而讨论了各种稳频方案的优缺点 ,得出了实际应用中最佳的稳频方案 ,基于该方案的激光稳频系统在本文中得到实现 ,稳频精度提高了 1个数量级 ,优于 0 .5 MHz,减小了工作点不稳定带来的误差。     

宽温高频率稳定度C波段体效应振荡器

本文介绍空载电子设备用的宽温高频率稳定度C波段体效应振荡器。文中叙述了工作在E_(010)模式圆柱腔的两种振荡器。不用高Q外腔稳频而用简单的双金属结构和介质加载的“综合”补偿法,在-40°——+85℃较宽的温度范围内,使高低温频漂小于±2MHz,最好的可达±1MHz,即频温系数为6×10~(-6)-3×10~(-6)/℃。     

空芯光子晶体光纤吸收池的激光稳频技术

针对星载积分路径差分吸收(IPDA)激光雷达的应用需求,研制了一套利用空芯光子晶体光纤(HC-PCF)作为吸收池,以CO2气体1.57μm处的吸收线作为频率参考,基于频率调制光谱稳频技术的激光稳频系统。结合其工作原理,建立仿真模型,计算了CO2气压、光谱调制频率以及调制深度对稳频误差信号的影响,给出最优化的设计参数。并且与实验测试数据进行了比对,实验数据与计算结果吻合。报道了系统的稳频效果,给出进一步提升稳频性能的方案意见。     

毫米波锁相固态源

近年来,固态源在毫米波系统中的应用已大为增加,这是由于它比速调管、返波管振荡器优越得多。目前,在许多微波系统中,Impatt(雪崩二极管)和Gunn管振荡器正用来直接产生毫米波(本文不讨论用倍频链产生毫米波的方法)。图1表示了商用固态器件的输出功率。从此图可以看出,Impatt管,特别是双漂移Impatt管在毫米波段具有最大的输出功率。在图2、3和4中表示了Impatt管不同工作方式的典型性能。在相干雷达、多卜勒雷达、分子天文学、通信、光谱学和仪器等应用中,希望能采取某种稳频方法。本文讨论一种通用的行之有效的稳频方法:高稳定度、低噪声、使用低频基准信号的锁相方法。本文重点讨论以下几个问题: 1.各种稳频方法优缺点的比较 2.锁相的Impatt和Gunn毫米波信号源的工作原理     

光电流稳频复合腔调谐CO_2波导激光器的研究

研究了CO_2波导激光器光电流效应及光电流稳频、复合腔调频的CO_2波导激光器系统。获得60条谱线连续分立输出。单线最大输出功率为8W,长时间稳定度优于1％。     

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.     

半导体激光器稳频技术

窄线宽稳频激光器在精密干涉测量、光学频率标准、激光通信、激光陀螺、激光雷达、基本物理常数测量和冷原子系统等研究领域有着广泛的应用。自由运转的半导体激光器每天的频率漂移量可以达到GHz,因此研究半导体激光器的稳频具有十分重要的意义。以780 nm的半导体激光器稳频为例,介绍了目前广泛使用的各种半导体激光稳频技术的基本原理及试验方案,如消多普勒饱和吸收光谱稳频技术、消多普勒双色谱稳频技术、调制转移谱稳频技术、调频光谱稳频技术和频率-电压转换稳频技术,并对各种稳频方法的性能和特点进行了分析。     

电视发射机APC系统故障实例分析

1.分频器系统故障彩色电视发射机激励器中伴音调制器和锁相稳频单元的自动相位控制系统,简称APC系统。APC系统常会发生相位失锁不稳频故障。当APC系统发生相位失锁故障时,锁相稳频单元插件面板上的自动搜索指示灯一直闪亮,监视器发出刺耳的沙沙声,此时广大电视观众无法收听到电视伴音。     

棱镜式激光陀螺稳频控制系统优化

针对棱镜式激光陀螺稳频精度较低的现象,系统地研究了棱镜式激光陀螺稳频控制系统特性。理论分析了光强调谐曲线及稳频执行机构的特征,建立了棱镜式激光陀螺稳频控制系统数学模型。进一步分析了系统稳态性能及动态性能,分析结果表明,系统在定温及慢变温作用下具有不同程度的稳态误差且调节时间过长,从而导致稳频精度下降。优化控制器参数使二阶系统具有最佳阻尼比及快速性,采用按温度补偿的前馈控制系统,实现了对温度所引起的稳频误差的全补偿,提高了系统的稳频精度。实验结果表明,优化后的稳频控制系统比原稳频控制系统的稳频精度提高一个数量级,陀螺精度提高30%以上。     

压缩比可变的动态范围压缩电路

动态范围压缩电路的功能是,在不产生或只产生有限的谐波失真的条件下,从幅度变化范围较大的输入信号产生幅度变化范围较小的输出信号。本文介绍一种可以方便地改变压缩比的动态范围压缩电路。文中压缩比定义为:式中,U_(0max)为对应于最大输入信号 U_(imax)的输出电压值,U_(0min)为对应于最小输入信号 U_(imin)的输出电压值。当用正弦波作测试信号时,电压用有效值表示。该动态范围压缩电路见图1。第一级为主放大级,第二级为全波整流,第三级为直流放大。利用一对场效应管的漏-源极构成输入电桥的两个臂。BG_2栅极对交流接地,故其漏-源电阻为常数(记为(?))。输入信号强度改变时,送回 BG_1栅极的控制电压也随之改     

一种基于控制点偏移修正的纵向塞曼稳频方法与系统

针对目前普遍采用的功率平衡法实现热稳频的纵向塞曼激光器存在的稳频控制点偏移问题,建立了左右旋圆偏振光光功率差调谐曲线零点与稳频控制点之间频率偏移量的数学模型,提出了稳频控制点偏移的修正方法。该方法通过对左右旋圆偏振光的精确偏振分光和对称功率检测来抑制稳频控制点偏移的随机扰动分量,同时补偿其相对稳定偏置分量,可有效降低稳频控制点偏移引起的激光频率漂移。实验表明,基于稳频点偏移修正方法构建的纵向塞曼热稳频系统,在2h40min内输出光频率相对变化小于4×10-9,阿伦方差频率稳定度为1.9×10-10(采样时间1000s),在24h的重复实验中系统输出光中心频率漂移小于1.3×10-9。故该方法可有效抑制激光器稳频控制点漂移,提高激光频率稳定度。     

采用射频调制实现对单频激光器频率噪声的抑制

在使用铷原子饱和吸收谱线作为激光频率参考进行稳频的激光稳频系统中,环路带宽是影响激光输出频率噪声的重要因素之一。对激光稳频系统中限制环路带宽的主要因素进行分析,使用射频调制信号直接调制商用外腔半导体激光器的高速电流调制端来对激光稳频系统的环路带宽进行拓展。根据对稳频环路的分析,合理设置反馈电路,实现激光稳频。使用低频谱分析仪对稳频后的鉴频信号进行分析,发现带宽拓展后,在傅里叶频率为5kHz处对频率噪声的抑制度达到了20dB以上。通过将该稳频激光器输出的激光与锁定在极稳恒温晶振上的飞秒光学频率梳进行拍频,测量了该稳频激光相对光梳的频率噪声,测量结果与直接分析鉴频信号的结果吻合。经过测量,通过拓展带宽抑制频率噪声,稳频激光器的短期频率稳定度得到改善。最后,测量了稳频激光相对于锁定在恒温晶振上的飞秒光学频率梳的频率稳定度,Allan方差在平均时间1s时达到4.52×10~(-12),在平均时间20s时达到1.65×10~(-12)。     

基于非对称热结构的激光热稳频系统

针对目前热稳频激光器抗干扰能力差的问题,研制了一种基于非对称热结构的激光热稳频系统.该系统采用不同热传导材料建立具有多个连续热传导层的热结构,其中电热控制层和干扰吸收层被有限导热层隔离并呈不对称的热传导特性.由于有限导热层的隔离作用,电热控制和环境干扰对激光管的热作用速度分别取决于电热控制层和干扰吸收层的热惯性大小.结构参数设计中使电热控制层的热惯性远小于干扰吸收层,则可在保证电热控制效率的同时降低环境干扰的作用速度,从而提高稳频系统的抗干扰性能.最后,建立基于非对称热结构的纵向塞曼激光热稳频系统,对其抗干扰特性进行验证.实验结果表明:在普通实验室条件下稳频系统的频率稳定度优于1.8×10-10,而在1 m/s的持续气流扰动下其频率波动<1.5×10-9.     

文氏电桥振荡器主振回路最佳m参数的探讨

文氏电桥正弦波振荡器以其性能优良、结构简单而被广泛采用.本文拟对主振级桥路m参数的选择作一些比较深入的讨论. 对于文氏电桥振荡器的电桥回路(图1),实用中C_1=C_2=C,又令m=R_1/R_2,则有(见萨柯夫著:选择性RC系统的理论和计算,中译本,第71～72页,以后再提本书时,仅注明页数):     

相位调制光外差稳频信号检测技术

在高功率条件下,由于受到多种因素的影响,单频光纤激光器输出激光的谱线宽度大幅展宽,输出激光的稳定性也不高。相位调制光外差稳频（PDH）技术在高功率条件下可以实现高频率稳定性。为实现对中心波长为1 064 nm的单频光纤激光器的稳频,理论分析了PDH稳频系统的原理并搭建PDH稳频系统。实验发现100 MHz相位调制光外差信号的检测是稳频系统的关键。实验中首先利用自行设计的探测器前置放大电路,基于Si探测器,实现了信号的探测和放大;其次,设计解调电路,通过将光电转换后的信号与参考信号进行混频实现解调,得到鉴频曲线,实现对光外差信号的检测。     

激光强回馈系统的动态调制稳频技术

激光强回馈系统与弱回馈系统相比,在无任何电子细分条件下就可获得纳米级的分辨率。但是,由于其回馈水平高,容易发生模式转换或偏振跳变,稳频十分困难。提出了一种激光强回馈系统的动态调制稳频方法,研究了动态调制稳频中的零点定位、清零补偿等关键技术及算法。实验结果表明,通过采用动态调制稳频技术,消除了激光强回馈系统中的模式转移及偏振跳变现象,获得了调制均匀、幅值相等的回馈条纹,有效地解决了激光强回馈系统的稳频问题,大大提高了系统的抗干扰能力,对进一步研究高精度强回馈测量系统具有重要意义。