弹性加力中频差He-Ne塞曼-双折射双频激光器及稳频

为了提高激光干涉仪的测量速度,研制了一种新型塞曼一双折射双频激光器(Z-B激光器),该激光器对增益管加横向磁场和对其"透射反射镜"加外力.采用了弹性加力方案,使其频差比刚性加力He-Ne激光器具有更高的赋值精度,达到±0.2 MHz.同时,还报道了对该激光器进行的稳频研究.利用调谐腔中平行光和垂直光的等光强点作稳频点,以光强平衡为依据设计热伺服控制电路,考虑了成本的最小化和系统的集约化,采用纯模拟元件实现了中频差He-Ne Z-B激光器频率的稳定.对频差5.4 MHz的Z-B激光器的稳频结果为:3 h稳频精度优于2.1xlO-8.     

用改变激光等离子体折射率的方法稳定He-Ne激光器的频率

本文介绍一种Zeeman He-Ne气体激光器新的稳频方法,通过控制激光等离子体介质的折射率来稳定激光器的频率。系统使用普通单模He-Ne激光管,不需要特殊加工的、带压电陶瓷(PZT)的稳频激光管。由于采用了锁相技术,它的自差拍频率的变化率小于1Hz,其光频的稳定度为2.2×10~(-11)(取样时间τ=10s)。两个月内,频率再现性为2×10~(-8)。频率锁定点可在大于200MHz的范围内连续调谐。     

双纵模He-Ne激光无导轨大尺寸测量仪研究

一种基于拍波干涉原理的无导轨大尺寸测量系统已研制成功.它以双纵模热稳频He-Ne激光为光源,其两纵模生成于同一振腔内具有天然同轴的优势,在整个测量范围内不会发生光束分离.两纵模频差约790MHz,拍波波长约380 mm.其稳定度(即拍波波长稳定度)与激光频率稳定度相同,在无空调并有冷热气流吹拂时可保证不低于10-7.两纵模频差以拍波节点为对准标志,采用自适应滤波和小波锐化器有效滤除噪声,从而提高了节点检测的测量精度.测量起点和终点到最近节点的距离由同一光源分出来的双频干涉仪精确测定,分辨力为0.08 μm.经实验验证:系统的测量范围大于20m,测量不确定度优于30 μm/10m.     

双模He-Ne激光器强度差的时谱特性及其在稳频稳幅中的可能应用

本文重点导出了双纵模He-Ne激光强度差ΔI(t)的时谱公式,分析了ΔI(Δv)的调谐特性,并在此基础上提出了一种实现双频双模He-Ne激光器稳频稳幅的简单方法一一扫描干涉仪法。文章还介绍了相应的稳频稳幅原理及其原理性方案。分析与研究表明,该方法不仅装置简单,成本低下,而且稳频精度较高。     

633nm横向塞曼稳频He-Ne激光器充入自然氖实现拍频锁定的研究

在633nm横向塞曼稳频He-Ne激光器中,充入自然氖代替同位素~(20)Ne后,其拍频特性曲线呈倒V形。在具有斜率鉴别器的锁频锁相的稳频器上,实现了拍频锁定。频率稳定度达到了与充入~(20)Ne管子相近水平。我们研制的充入~(20)Ne的横向塞曼稳频He-Ne激光器的频率稳定度为3×10~(-11),充入自然Ne管的频率稳定度为5×10~(-11)(取样时间为1～10s)。这一方     

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)。     

二种单频外腔式He-Ne激光器的自稳频原理再分析

作者用高气压加纵向非均匀磁场获得了二种单频、自稳频高输出功率的外腔式He-Ne激光器,1m激光器的频率非稳定度为6.175×10-9(τ≤10s)和3.38×10-9(τ≤1s);1.8m激光器的频率非稳定度为1.1×10-8(τ≤1s)和2×10-8(τ≤10s),所有数据由中国计量科学院测定。本文是继文献[1],[8],[9]和[10]发表后,对这两种激光器的自稳频原理的再分析。     

半导体制冷横向塞曼稳频激光干涉测量系统

介绍了横向塞曼效应He-Ne激光器的磁场设定、信号获取、利用半导体制冷(TEC)的主从控制稳定频率的技术。阐述了由程控倍频模块和双通道缓冲连续计数模块组成的电子细分电路,实现可用按键设定2、4、8、16四种计数脉冲细分系数,以获取不同干涉测量分辨力。实验得出了横向塞曼稳频激光器的频率稳定度为1.74×10-9,稳频时激光管温度为43℃,克服了加热稳频法激光管温度过高、不易散热以及风扇风冷法激光频率短期稳定度低的缺点。系统具有0.16、0.08、0.04、0.02μm四种测量分辨力。     

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。     

一种光学时标的研制

首次描述了一个用稳频的He-Νe激光器的光学振荡周期做为时标的时间标准。我们获得了超高频波段的具有极高频率稳定度的振荡，超高频振荡被锁定于由甲烷吸收共振稳定的He-Ne激光上，后者的振荡频率为3.39微米。直接比较了铷频标和He-Ne/CH4激光器的频率稳定度。对Ηe-Ne/CH4激光频率进行绝对测量得到一个新的频率值。     

新型应力双折射双频激光器

本文报导了用频率分型技术实现的全内腔和半内腔应力双折射双频激光器,这两种激光器输出的频差可通过调节加在激光器应力双折射元上的压力调节,调节范围可从几十MHz到几百MHz。激光器经预热后,两种激光器输出频差的相对变化分别为10^-3和10^-5。     

全内腔角块定频差双折射双频He-Ne激光器及其稳频研究

介绍了全内腔角块定频差双折射双频He Ne激光器的结构设计 ,用等光强法对其进行热伺服稳频 ,在 8h工作时间内 ,稳频精度在 2× 10 -7以上。     

基于温度闭环反馈的He-Ne激光器热稳频系统

为了提升激光回馈测量系统中He-Ne激光器的性能, 解决激光回馈镜不断移动时频率无法使用传统方法稳定的技术问题, 采用基于温度反馈控制激光器管体温度的闭环被动稳频的方法, 进行了理论分析和实验验证, 研究了不同管体温度与环境温度差值下频率稳定性。结果表明, 系统最佳温差为25.6℃; 在此温差条件下稳频后, He-Ne激光器波长波动范围达10-4, 即频率稳定性达到1.61×10-7, 功率漂移量低于3.20%。该系统可以根据环境温度的变化调节稳频温度点, 并且稳频结构简单, 满足激光回馈一般应用系统稳定性的要求。     

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).     

基于偏振混叠的氦氖激光器纳米测尺系统

提出一种基于偏振混叠的氦氖激光器纳米测尺系统,将双折射元件插入He-Ne激光器谐振腔内产生频率分裂,使激光器变成了频差可调的双频激光器。运用频率分裂、模竞争、双纵模功率调谐等激光物理效应,使用偏振混叠方法和设定浮动阈值,研制了新型的激光器纳米测尺。以激光波长为尺子,具有可溯源性,在没有任何电细分的条件下达到了纳米量级的分辨率,与激光干涉仪的比对实验表明,该系统的分辨率为79 nm,量程为20 mm,线性度为5.8×10-5,标准差为520 nm。     

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。     

复合腔及其在激光技术中的应用

介绍了复合腔的定义及分类,总结了复合腔在调频纵模选择、光反馈测量和双频或双波长输出方面的应用和相应结构特点及近年来的发展,并结合应用背景对不同复合腔的特点做了比较。介绍了本实验室新研制的新型Y型腔双频He-Ne激光器,其频差动态范围可以达到从26～665 MHz的宽频率范围输出。介绍了基于上述激光器研制的气体膜盒式双Y型腔双频激光加速度计,经理论计算加速度计的分辨率可以达到1.15×10-6g。     

两台同类型号独立激光器频率稳定度的测量

采用拍频法对两台同类型号独立激光器的稳定度进行了测量。从拍频理论出发,得到了拍频信号稳定度与待测激光器和参考激光器稳定度三者所满足的平方和关系,对于稳定度一致的两台同类型号激光器,由拍频信号稳定度可以得到待测激光器的稳定度。实验中将New Focus公司生产的两台同类型号激光器(TLB-6017)进行拍频,根据拍频信号稳定度测得激光器稳定度为1.36×10-8,频率漂移量为5.1MHz(1s积分时间)。实验结果与激光器出厂指标[稳定度1×10-8、频率漂移量5MHz(1s积分时间)]相比,稳定度在同一量级,频率漂移量的相对误差为2%。此方法避免了通常测量激光器稳定度时所需的高稳定度参考光源的限制,为激光器稳定度的测量提供了一定的参考。     

调制转移光谱稳频的研究

532nm激光的碘吸收谱线的频率被国际计量委员会(CIPM)推荐用于频率计量标准．激光频率标准对长度和时间的计量是很重要的。碘分子在532nm附近有丰富的强吸收谱线．可以作为频率稳定的绝对参考谱线。使用532nm单块固体激光器，在375kHz新的调制频率下．利用调制转移技术，将激光频率调谐到^127I2的R(56)32—0跃迁的吸收谱线，并观察到该吸收谱线相应的15条超精细结构分量。通过展宽的调制谱线可以看出375kHz的调制频率得到比312kHz调制频率更高的鉴频敏感度．并在实验上成功地将激光频率稳定在碘的超精细吸收谱线的α10，分量上长达10h，估计稳定度在10^-13量级。准确的频率稳定性正在两台激光器上用拍频的方法进行测量。