1.5μm光纤通信波段乙炔稳频激光技术研究进展

1.5μm乙炔饱和吸收谱线是国际计量委员会(CIPM)正式推荐的光纤通信波段复现‘米’定义的频率参考标准。乙炔稳频激光依据稳频方法可分为线性吸收和饱和吸收两大类,饱和吸收相比线性吸收,能够消除乙炔分子的多普勒效应,获得线宽更窄、频率稳定度和复现性更高的稳频激光,1s频率稳定度能够达到10^-13量级,波长漂移为10^-12量级。利用13C2H2(ν1+ν3)P(16)谱线,研发的微型气室有望实现稳频激光的全光纤链路传播,为高度集成化、抗干扰能力强的稳频激光源提供了新的发展方向。高性能的1.5μm近红外稳频激光直接为密集波分复用系统、精密光纤传感等多个领域提供波长参考源,结合飞秒激光频率梳技术可进一步完善光纤通信中激光波长量值传递溯源体系,提升激近红外波段光波长的测量能力,为光纤波段的精密测量提供量值保障。     

氦氖激光稳频原理和拍频真空波长检测

He-Ne稳频激光广泛地应用在精密干涉测量中,本文论述He-Ne兰姆凹陷稳频激光,He-Ne兰姆凹陷稳功率激光,0.633微米碘稳频激光、偏频锁定碘饱和吸收稳定0.633pm激光系统和He-Ne双频稳定的激光器的稳频原理及如何用拍频比较法测量它们的波长。     

双纵模双频激光干涉仪

本文介绍了一种双纵模双频激光干涉仪的原理,结构及激光光源采用的热稳频原理。激光源采用热稳频方法,不使用压电晶体也不用线膨胀系数小的材料做谐振腔,无须外加磁场,只使用电真空玻璃制造的普通全内腔式He-Ne激光管。干涉仪成本低,激光管寿命长,并能获得550—650MHz的拍频,使干涉仪具有良好的动态测量性能。本仪器经中国测试技术研究院测定,其偏差小于0.1μm/800mm,稳频精度优于2×10~(-9),频率复现性:1×10~(-8)。     

基于图像测量的微刻线尺高精度检测

在高精度激光二坐标标准装置上实现了线宽2μm、最小线间距10μm的微刻线尺的高精度检测.采用高精度差动式激光干涉测长系统作为测长基准,高倍光学镜和高分辨力CCD组合作为精密光学瞄准定位反馈,设计了采样窗自动识别算法实现了条纹图像的自动识别瞄准,提出了采样窗内双向逐行扫描及3σ准则剔除离群点的边缘提取算法,提高了边缘检测精度.微刻线尺线间距的测量不确定度优于0.3μm,k=2,测量的重复性标准差优于20nm.     

二等量块检定装置

利用激光干涉测长原理研发二等量块自动测量系统并对其进行成果验证。该装置采用633 nm碘饱和吸收稳频He-Ne激光器作为标准;硬件设计包括开发机械主体,搭建激光光路和信号处理模块,研发精密柔性定位的传感器、选配相关电机驱动和环境参数监控系统;软件研发数据采集和监控处理程序、测量结果判定及环境参数补偿软件;该装置测量范围上限100 mm,测量量块的扩展不确定度为U=0.04~0.08μm(k=3)。该装置为华南地区的最高等级计量标准,对外开展长度尺寸为0.5~100 mm的二等量块检定业务。     

基于双纵模热稳频激光源的6D激光测量系统

针对目前数控设备无法实现高速及多参数同时测量的问题,以双纵模热稳频激光源为基础,自主研发了高速6D激光测量系统,不仅允许测速高(可达1.3m/s以上),而且解决了现有5D/6D激光干涉仪未能有效解决的高精度测量滚转角的问题,具有很好的推广应用价值.     

3.39μm波段双线He-Ne激光两级合成波长组成方案的实验验证

利用红外拍波干涉仪验证了用于无导轨大长度测量的3.39μm波段双线He-Ne激光两级合成波长组成方案。文中介绍了该合成成长组成方案的具体内容和用来验证该方案的红外拍波干涉仪工作原理,分析了所取得的实验结果。本工作为使用3.39μm波段双线He-Ne激光的大长度测量方案提供了实验依据。     

铌酸锂晶体光调制器在激光稳频上的应用

激光在长度测量中的应用,开拓了大量程、高精度测量的途径。为了保证激光波长的稳定,必须采取稳定频率的措施,因为这是决定测量精度的主要因素。我们在双频激光干涉仪和四频环形激光建立角度基准的研制中,采用了包括铌酸锂晶体(LiNbO_3)电光调制器的稳频环节,稳频效果很好,现简介如下。     

偏频锁定0.633μM碘吸收稳频激光

为了满足大尺寸精密干涉测量对干涉信号的信噪比要求，我们研制了偏频锁定氦氖０．６３３μｍ碘吸收稳频激光器，该系统激光的频率不稳定度为５．５×１０－１２（τ＝１０ｓ），系统的频率再现性为４×１０－１１，可连续锁定６个小时以上，无调制输出功率大于０．８ｍＷ。     

拉线传感器变角度工作条件下的校准

利用光频梳对稳频激光波长进行测量是建立基于光频梳的波长基标准的必经程序。为了建立基于光频梳的波长标准,并为开展激光波长校准工作提供技术准备,利用自研光纤光频梳对乙炔稳频1542 nm激光波长进行了测量。利用光频梳产生参考激光与待测激光差拍,通过简单的代数关系获得了乙炔稳频激光的绝对频率和真空波长,并与相应的国际推荐值进行了对比。实测获得的乙炔稳频激光的真空波长值为1542.38 371 235 742 nm,在CIPM给定的不确定度范围内,秒稳定度为4.13 × 10^-13。两台不同的光频梳对乙炔稳频激光波长的测量结果具有高度一致性,进一步证明了光频梳对激光波长的测量准确性。本研究对于顺应国际长度基标准发展趋势,加速光频梳在激光波长测量领域的应用进程具有重要意义。