可调谐外差式激光偏频锁定

本文提出一种可调谐外差式激光偏频锁定方法,讨论了这种技术在频域内测量激光器瞬稳以及不同频谱振荡的激光器之间进行锁定的可能应用。给出了两台选支CO_2激光器上锁定实验的结果。考虑了本振频率不稳定性对锁定精度的影响。     

CO_2脉冲激光偏频锁定系统

综述了目前脉冲激光偏频锁定的发展状况 ,总结了各种脉冲激光偏频锁定的方法 ,并提出了宽带全数字鉴频方法 ,带宽达到 2～ 10 0MHz,以及以鉴频器为基础的简单偏频锁定系统设计。介绍了电光外调制CO2 脉冲激光与连续CO2 激光之间的偏频锁定实验 ,光脉冲重复频率为 10kHz ,脉宽为 5 μs。实验频率锁定结果良好 ,频率稳定度为 1 2 7× 10 -7(阿仑方差 )。     

HgCdTe探测器的CO_2激光混频特性

本文对在CO_2激光相干探测系统中应用的探测器的T′G′物理量从理论和实验上对其值进行了初步探讨并通过本振光变化说明混频特性。 在CO_2相干激光探测系统中,以探测器作为混频器时,为了反映探测系统的灵敏     

伪随机序列调制的激光外差探测

在激光外差探测中,为了增强在频谱密度上对多普勒频移峰值的识别能力,提升对目标的探测概率,提出一种采用伪随机序列对连续激光进行调制的外差探测方法.应用伪随机序列的M序列码对发射激光和本振光同时进行频率调制,接收信号光和经时间延迟后的本振光相干叠加形成拍频信号.其特点是二进制码调制同时作用于发射信号光和本振光,使外差信号频...     

窄脉冲相干激光雷达偏频锁定系统实验研究

偏频锁定技术广泛应用于激光的外差探测、激光雷达等方面,具有重要应用价值。介绍了自行设计的适用于窄脉冲激光外差信号的偏频锁定控制系统的工作原理,并进行了偏频锁定实验研究,分析了影响本系统鉴频正确性的因素。结果表明对中心频率为80MHz、脉冲宽度约为40ns的外差信号进行的偏频锁定实验,系统很少失锁,锁定精度为±5MHz。     

用10.6μm光外差稳频提高接收机中频的分析

本文论述了提高CO_2激光外差雷达接收机中频对测量目标多普勒频移的意义,及采用声光移频器和外差频率跟踪技术,可使本振和发射频率保持恒定,使接收机中频的声光移频量提高2～3倍,从而使接收机探测动目标多普勒频移提高到±160MHz以上(相当于2.5Ma的目标运动速度).本文还分析了影响中频误差的因素,以及检测目标多普勒最小分辨率.     

基于边缘探测技术的激光单稳频指标分析

基于边缘探测技术的激光雷达实际应用中,激光器在工作中发射光信号的中心频率会发生漂移,激光频率的漂移过大,会直接影响边缘探测系统的测量精度。采用仿真计算的方法得到碘分子吸收滤波器在470nm~550nm范围内的吸收光谱谱线,以基于边缘探测技术的激光雷达监测大气信道和海洋水下信道环境参数为例,得到适合大气和海洋探测吸收谱线并确定发射激光信号的中心频率。通过理论分析,给出了满足探测要求的激光发射信号单稳频指标,为实际探测系统的设计奠定基础。     

陶瓷多通道折叠射频波导稳频脉冲CO2激光器研究

为了研究可用于红外激光外差成像雷达、由腔倒空脉冲工作模式的主振激光器和处于连续工作模式的本振激光器组成的射频波导稳频脉冲 CO2激光器,采用输出端腔外准折叠和主、本振全反射端共用同一块原刻闪耀光栅的方法,分别缩短了器件的长度和提高了主、本振激光器的外差频率稳定性。通过调节CdTe调制器上的高压脉冲下降沿时间,可以使主振得到宽脉冲的腔倒空激光输出,本振通过插入压电陶瓷来实现系统的外差中频信号的偏频锁定。主振在腔倒空模式下工作重频可达到70kHz,得到脉冲峰值功率达到2.5kW（脉宽约为30ns）、主本振外差中频（120MHz）频率漂移在短期内小于1MHz 的结果。结果表明,研制的激光系统可以满足外差成像雷达系统的特殊要求。     

带有双鉴频器的短脉冲激光偏频锁定系统

近年来激光雷达的研究得到了迅速的发展，已经进入了实用阶段．对于相干接收的雷达系统，由于系统的接收带宽有限，需要对主振激光和本振激光之间的差频采取稳定措施，在外场情况下，外界环境不稳定，对于气体激光器的工作影响较大，这样就要求偏频锁定系统具有较宽的鉴频带宽，以保证在激光频率抖动的时候不失锁；同时又要求该系统较高的锁频精度，以保证雷达的测速精度．     

频率直读高光谱纯度可调谐CO_2激光边带光谱仪及SF_6分子ν_3带多普勒受限光谱

用CdTe电光晶体将可调谐微波与频率锁定的CO_2激光混频,能产生可用于无多普勒光谱研究的高光谱纯度,宽调谐的边带。其独特优点是边带频率可直读;锁定的CO_2激光支线的频率f_L可查表精确得到,微波频率f_M可用微波频率计精确测得,因而边带频率f_(SB)可简单地由公式f_(SB)=f_L±f_M确定。 整个边带光源光谱仪可分为三个部分:稳频CO_2激光系统,可调谐微波系统及行波电光调制器,边带检测及跟踪系统。激光系统由一台光栅选支稳频CO_2激光器及一台光     

NH_2D斯塔克盒稳定CO_2激光器频率

利用NH_2D分子的斯塔克效应,把CO_2激光器频率锁定在用电压控制的吸收线上,得到的长期频率稳定性优于±34千赫。 稳频方法是在激光器外部安装一个斯塔克盒,而盒的吸收谱线中心频率是由外电场引起的线性斯塔克效应所控制,利用伺服系统即可把CO_2激光器频率[10.6微米P(20)支线]锁定在吸收线中心频率上。这种稳频方法不但有较高的稳定性,而且还可在激光功率调谐范围内对激光频率进行连续控制。     

压缩态光场实验中的模式匹配与偏频锁定技术研究

光学参量过程是产生压缩光的关键环节,为了提高实验中光学参量振荡腔的稳定性,必须将激光与光学参量振荡腔进行模式匹配,并用锁定技术稳定光学参量振荡腔。理论分析了模式匹配效率对压缩度和偏频锁定技术精度的影响。经过模式匹配之后,在实验上实现了光学参量振荡腔的锁定,并对锁定后的光学参量振荡腔进行了稳定性测量。理论与实验结果表明:模式匹配效果越好,压缩光的压缩度和偏频技术的锁定精度越高;在较好的模式匹配条件下,光学参量振荡腔的腔长锁定精度为7.35 nm,稳定时间可达2 h以上,能够满足对压缩态光场的探测需要。     

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)。     

本振调制型高重复频率远距离脉冲激光相干测距

为了解决静态目标高重复频率远距离激光相干测距过程中出现的多盲距点和距离模糊问题,对激光测距发射波形、本振波形以及解算方法进行研究。对发射波形和本振波形进行不同斜率的线性调制,将最远可测目标信息调制到本振光端,探测器对回波相干信号进行探测,采集卡进行数据采集。采用高精度的脉冲压缩数据处理方法得到匹配滤波结果,并进行距离解算分析。仿真和实验结果表明,该测距方案可以有效解决因高重复频率产生的距离模糊问题,同时避免因脉冲发射时刻光泄漏带来的多点盲距问题。在64μs重复周期、2μs脉宽发射信号和512μs重复周期连续调频本振光条件下,实现模拟29.0525 km目标（延时光纤58.105 km）的探测。该方案可满足高重复频率远距离脉冲激光相干测距无模糊、无间断的测量要求。     

涡旋光平衡探测系统转速测量精度与信噪比分析（特邀）

对于基于叠加态涡旋光和涡旋光零差探测等传统转速测量方式,光的远距离传输和发散等原因造成的信号光衰减会导致探测系统无法准确提取信号,而涡旋光平衡探测系统可以解决这一难题,但是以往的研究对该探测系统的精度和信噪比鲜有分析,这一定程度上限制了其工程化的进展。首先将零差探测系统作为对比项,通过分析不同转速下涡旋光平衡探测系统和零差探测系统测量精度的变化情况,证明了二者均可实现高精度测量,其次通过对比在不同信号光功率下二者的信噪比(SNR),发现了在测量微弱信号时涡旋光平衡探测系统具有明显优势;最后,通过分析不同本振光功率对信噪比造成的影响,揭示了平衡探测信噪比和本振光功率之间的关系,阐明了信噪比随本振光功率变化的原因。     

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。     

利用锁相飞秒激光对碘分子R(59)8-4超精细跃迁的绝对频率测量

介绍了633 nm半导体激光频标系统,高重复频率锁相飞秒激光器系统和绝对频率测量系统的建立以及测量碘分子超精细跃迁绝对频率的系统方案.633 nm半导体激光频标采用三次微分稳频方法,将激光频率锁定在碘分子谱线上,获得0.5 mW的稳频激光输出.飞秒激光稳频系统通过锁相电路将飞秒激光的高重复频率(760 MHz)和初始频率稳定在微波频率标准上,从而得到稳定的飞秒光梳,其稳定度优于6.44×10-13.在此基础上建立了绝对频率的直接测量系统,即利用波长计直接测量光梳的齿数n,并通过拍频法,测出633 nm半导体激光频标与飞秒光梳的差频,从而计算出相应谱线的绝对频率.这样,通过锁相飞秒激光器,建立了微波频率标准到光学频率标准的传递,为进一步的基础研究工作奠定了基础.     

腔内CdTe电光调QCO_2窄脉冲激光外差信号特性分析

较详细地研究了腔内CdTe电光调QCO2 窄脉冲激光及其外差信号的时域频域特性,发现它的激光脉冲时域波形有很长的拖尾,拖尾持续时间与CdTe晶体外触发电压开关宽度有关,触发宽度越宽拖尾越长,反之则短。进行了调QCO2 脉冲激光微弱信号检测实验,即将脉冲激光衰减到用直接探测方法无法检测的程度,此时再用外差检测方法,在脉冲包络之内及其拖尾部分观察到了较强的外差中频信号,从实验上验证了外差探测灵敏度远远高于直接探测。根据该激光脉冲拖尾持续时间部分可控的特性,从理论上讨论了CO2 连续激光本振和窄脉冲主振激光外差中频信号频率跟踪和偏频锁定的可行性     

一种大测距动态范围高重频相干测距测速激光雷达(Ⅱ): 信号调制

针对"双频双调制双本振(DFDMDL)"大测距动态范围高重频相干测距测速体制,分析了该体制信号调制需要考虑的调频线性度、发射光和本振光信号的"幅-频"特性、对称三角线性调频(STLFM)信号的周期稳定性等因素,通过参数的对比、仿真及实测,提出了适合本系统的信号调制方案.实测结果表明,采用声光移频器(AOFS)外调制提供高线性度STLFM信号,直接数字频率合成(DDS)驱动AOFS,通过DAC调节射频驱动源功率补偿AOFS非平坦的"幅-频"特性,以及基于FPGA的高精度时间测量系统监测STLFM信号周期及测量多个STLFM周期间的时间差,可以使该"双频双调制双本振"体制具有较高的距离测量精度,并为通过脉冲积累减小发射能量的途径提供了可能.     

光学锁相环的研究进展

光学锁相环（OPLL）根据其锁定的两束激光间是否存在频差可分为零差光学锁相环和外差光学锁相环。主要介绍了外差光学锁相环的研究进展,它是一种通过鉴频鉴相方式使激光间的频率差保持相对稳定的偏频锁定方法。相较于其他激光偏频锁定方法,光学锁相环具有结构简单、伺服频率带宽大、频率偏置范围宽、锁定准确度高等优势,在原子相干、冷原子系统、相干功率合成以及外差干涉测量等领域都得到了越来越广泛的应用。首先介绍了激光偏频锁定的主要方法及光学锁相环的特点;其次介绍了光学锁相环的基本模型,分析了光学锁相环的误差反馈过程,并按照光学锁相环实现方法的不同详细介绍了其采用的关键技术和研究进展,对近年来光学锁相环在不同领域的应用进展做了简要介绍;最后对该方法的发展路线进行了总结和展望。