激光稳频技术的新发展

本文着重介绍精密计量行业中运用的Ｈｅ－Ｎｅ激光器的稳频技术，并综合了Ｈｅ－Ｎｅ激光器单模、双模稳频技术的现状和发展动向以及新兴的半导体激光器稳频技术。     

Rb原子塞曼调制稳频半导体激光器的实验研究

本文介绍了一种基于塞曼效应的"外调制"稳频实验系统,并在饱和吸收稳频法的基础上做了优化改进,成功地将激光器频率锁定在了85Rb:5S1/2F=3→5P1/2F'=2co3的吸收锋所对应的频率上.该实验系统结构简单,便于操作,稳定性良好,可以被广泛运用到相关实验中.     

基于非机械调制光的激光测振仪校准技术进展

随着激光测振仪使用场景和测量范围的不断扩大,其校准也愈发重要。但依据目前测振仪校准标准,无法实现高频高速环境下的整机校准,因此迫切需求完善此方面的校准方法。近几年,研究人员将非机械调制光用于测振仪校准测试中,构建了理论模型并取得了校准试验数据。本文对这些理论模型和试验数据进行了分析,根据光调制产生位置和核心调制器件的不同对相关方法进行了分类,同时对其工作原理、系统结构组成和主要参数等进行介绍,再对比分析不同方法的校准功能与适用范围,最后展望了相关方法的发展潜力和研究方向,为测振仪校准技术进一步研究提供了借鉴。     

新型长距离无导轨激光干涉仪

外腔半导体激光的线宽小于100 kHz,干涉相干距约为1000 m,波长可调节范围超过100 nm(1495～1645nm),应用上述二项特性,通过改变波长(频率)测得任意点到仪器的距离(不需要在测量计数时移动反光镜).其测量距离大于100 m,分辨率可以优于3 nm,不确定度可以达到2.5×10-6 L,达到工程测量对测长仪器的要求.为提高测量不确定度,还可以使用2个或2个以上特定波长,通过小数重合法,更精确测得与被测点的距离,不确定度可以达到5×10-7 L.其优点是:测量时无需导轨移动测量镜(对比双频激光干涉仪)、可以挡光进行间断测量(对比激光跟踪仪)、测量不确定度和分辨率精度指标高(对比激光测距仪).可以为尺寸大、形状复杂的几何物件和大型建筑物、基线场等精密测量提供十分有效的方法和工具.     

基于差频产生的中红外飞秒激光技术研究

针对国内中红外激光光源光谱范围小、脉冲宽度宽等问题,开展了基于差频（DFG）产生的中红外飞秒激光技术研究。差频产生的中红外飞秒激光具有光谱范围宽、脉宽窄等优势。研究了差频技术中选用不同的非线性晶体对产生的中红外激光的影响,在此基础上搭建了一套基于差频技术的、利用PPLN晶体产生的中红外激光的产生系统,利用光栅对压缩脉宽,实现飞秒激光输出。最终获得了波长范围在2.9～4.7μm的中红外飞秒激光,在中心波长3.2μm处获得了最高10.46 mW的输出光平均功率。研究结果为中红外激光光谱测量技术在大气监测、燃烧场组分探测等的应用提供了参考。     

基于光学锁相环的高稳定度激光稳频方法研究

报道了一种基于光学锁相环的高稳定度激光稳频方法,用于提高可调谐外腔半导体激光器(TECDL)的频率稳定度和准确度。自行研制的光学锁相环电路采用数字鉴相与差分运算相结合的方式获得高灵敏度的鉴频鉴相误差信号,并通过高速模拟PID实现整个系统的闭环锁定。利用该光学锁相环系统进行了TECDL偏频锁定至光学频率梳(OFC)的实验,实验结果表明环路锁定后拍频频率波动在±0.3Hz范围内,偏置频率为50MHz时,光学锁相环系统在1s和1000s积分时间的相对阿伦方差分别为1.5×10^-9和8.5×10^-13。系统锁定后,拍频线宽由500kHz压缩至2kHz。该研究表明采用基于光学锁相环的激光稳频方法可以实现亚Hz级的激光频差控制,通过将TECDL偏频锁定至高稳定度的参考激光源可显著提高其频率稳定度,使其能够满足超精密测量、冷原子/离子干涉测量等领域对激光频率稳定度和准确度的要求。     

飞秒激光器脉冲重复频率的锁定技术研究

介绍了光纤飞秒激光器脉冲重复频率锁定技术的应用背景及其原理,并设计了一套可快速实现重频锁定的实验装置,最终将激光器的脉冲重复频率锁定到铷原子钟上,使飞秒激光器的脉冲重复频率获得和原子钟同样的稳定度;通过计数器采集锁定后激光器的脉冲重复频率数据,使用Allan方差给出了稳定度评价,对激光器脉冲重复频率锁定前后的稳定度进行了对比。实验证明,自主设计的实验装置可以实现锁定功能,具有很好的实用价值。     

机抖激光陀螺稳频控制技术

激光陀螺的工作中心频率作为激光陀螺的工作计量基准,其频率的稳定性对激光陀螺的测量精度有着直接的影响．稳定激光陀螺工作中心频率最为有效的方法就是采用主动腔长补偿控制．在对腔长控制原理和方法介绍的基础上,提出了将激光陀螺输出光强信号进行交直流分量分离独立控制的方法,并给出了系统的硬件设计框图,最后介绍了软件设计流程．测试结果表明漂移均方差在0．4°·h-1以内,满足系统的使用要求．     

一种基于光拍频的连续激光调制光谱测量方法

针对F-P干涉仪分析连续激光调制光谱的局限性,本文提出了一种基于光拍频的连续激光调制光谱的测量方法,该方法可实现调制频率低达千赫兹的连续激光调制光谱的测量.本方法以光电转换理论为基础,利用频谱分析仪测得参考光与连续调制光谱的拍频信号,然后通过相应的数学计算得到连续调制光谱的各个光频的相对电场强度,从而实现连续调制光谱的分析.本文在理论建模与分析的基础上,利用该方法对半导体激光器出射激光经电光调制器调制产生的调制光谱进行了测量,测量结果与F-P干涉仪测量结果一致,验证了该方法的可行性.     

法拉第滤光器在法拉第激光器领域研究进展

法拉第激光器是一种利用法拉第反常色散原子滤光器作为选频元件的新型外腔半导体激光器,原理上法拉第激光的输出波长随着激光二极管驱动电流及工作温度的变化,始终与原子跃迁谱线相对应,可以将激光频率有效地锁定至原子跃迁谱线,实现窄线宽的激光输出信号,并且短期与长期频率稳定性均较好。本文详细介绍了自1845年法拉第旋光效应提出以来,法拉第反常色散原子滤光器的发展历程,法拉第激光器的工作机理、发展历程以及性能优越性,并结合国内外的研究进展,介绍了法拉第激光发展各个阶段的技术瓶颈及相应的解决办法,同时展望了法拉第激光器未来在量子领域特别是量子精密测量领域的重要价值。     

外腔半导体激光器阵列波长稳定的实验研究

自由运行的半导体激光器列阵输出激光谱线较宽、中心波长易漂移.为此,本文采用体全息光栅(VBG)构成外腔半导体激光器阵列(EcLD)系统,利用体光栅能够稳定波长、压窄线宽的特点,从而克服上述缺点.实验表明:采用了VBG外腔反馈后,在最好的情况下,LDA的输出光谱宽度从自由运行时的2.3 nm压窄到了O.96 nm;在测试的环境温度变化范围内(14～3l℃),LDA的峰值波长稳定在体光栅布拉格波长808 nm处,输出光的线宽维持在1.14 nm之下;并且,在测试的偏置电流变化范围内(7-13A)峰值波长和谱宽无明显变化.     

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。     

基于飞秒激光器光学频率梳的绝对距离测量

提出使用飞秒激光器的光学频率梳测量绝对距离的方法.将一个飞秒激光器作为绝对距离测量的光源,搭建迈克尔逊干涉结构,利用色散干涉原理进行相应的光谱分析,得到干涉光路的光学路径差引起的相位差,最终计算出干涉光路的光学路径差.实验结果表明我们的长度测量方法精确度高,分辨力达到纳米量级.最小测量距离达到9 μm,非模糊范围达到5...     

全保偏掺Er光纤激光器重复频率锁定技术的研究

介绍了δ腔型SESAM启动锁模的全保偏掺Er光纤激光器重复频率锁定技术的原理和应用背景,并设计了一套可以快速实现SESAM锁模全保偏掺Er光纤激光器重复频率锁定的实验装置,最终将激光器的重复频率锁定到氢原子钟上,使得SESAM锁模全保偏掺Er光纤激光器的重复频率具有和氢原子钟同样的稳定度;对锁定前和锁定后重复频率进行了一定时长的数据采集,使用计算重复频率Allan方差的方法对全保偏掺Er光纤激光器的重复频率稳定度进行了量化,并对激光器锁定前后的重复频率进行了对比。通过比较可知,锁定后重复频率的稳定度比锁定前至少提高四个数量级。     

Optical Frequency Metrology of an Iodine-Stabilized He-Ne Laser Using the Frequency Comb of a Quantum-Interference-Stabilized Mode-Locked Laser

We perform optical frequency metrology of an iodine-stabilized He-Ne laser using a mode-locked Ti:sapphire laser frequency comb that is stabilized using quantum interference of photocurrents in a semiconductor. Using this technique, we demonstrate carrier-envelope offset frequency fluctuations of less than 5 mHz using a 1 s gate time. With the resulting stable frequency comb, we measure the optical frequency of the iodine transition [¹²⁷I₂ R(127) 11-5 i component] to be 473 612 214 712.96 ± 0.66 kHz, well within the uncertainty of the CIPM recommended value. The stability of the quantum interference technique is high enough such that it does not limit the measurements.