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。     

1.5μm波长DFB半导体激光乙炔（^12C2H2）线性吸收稳频

建立1．5μm波长标准的工作既是现实应用的需求,也将填补波长计量标准系列在近红外波段的空白。本报导中国计量科学研究院在这项研究中的第一阶段工作：用国产分布反馈半导体激光（DFB－LD）和自行研制的乙炔（^12C2H2)吸收室,进行了吸收光谱实验,实现了1．5μm BFB-LD的C2H2线性吸收稳频。并对实验结果进行初步分析和提出了下一步工作的设想。     

从长度单位米到时间单位秒:稳频激光-飞秒光梳-铯原子喷泉钟-光钟

报道了中国计量科学研究院(NIM)在复现国际单位制(SI)长度单位米和时间单位秒的研究进展,包括稳频激光、NIM4铯原子喷泉钟和飞秒光学频率梳.NIM4钟不确定度达4.4×10-15,NIM在研的飞秒光梳将以优于1×10-13的不确定度实现光学波长向微波频率的溯源.文中还讨论了127I2饱和吸收633nm 3次谐波稳频的HeNe激光波长比5次谐波稳频的更"准确";指出飞秒光梳是从动跟踪系统,描述它的性能指标应当是它的跟踪精度;估计了用"吸收室-原子束-原子喷泉-原子/离子存储"4种不同原理所建频标可能达到的不确定度极限.最后简略展望时间频率基准研究的新动向--光钟.     

智能双纵模激光稳频系统的研究

为同时满足双纵模氦氖激光器的稳频精度和响应速度要求,提出一种嵌入式智能控制激光稳频系统。以AT89S52为核心,整个系统通过控制激光管的电流大小以改变激光管谐振腔腔长,从而达到稳频的目的;并基于分段式PID控制算法实现了稳频系统的软件开发。经试验证实:该系统满足设计要求,稳频精度保持在10-8以内;在外界强干扰情况下,恢复原来的状态后,激光器在30s内也可以重新稳住。与以往传统的PID控制系统相比较,该系统大大提高了抗干扰能力和响应速度。     

基于光频梳的乙炔稳频1542 nm激光波长测量研究

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。     

633nm He—Ne碘稳频激光波长的国际比对

１９９７年７月,在北京中国计量科学研究院进行了由国际计量局组织的碘稳频６３３ｎｍＨｅ－Ｎｅ激光波长基准的多边国际比对,进行了频率稳定度、频差及相应的压力位移、功率位移和调制位移测量实验。测量工作以ＢＩＰＭＰ３激光器为参考,最后给出以ＢＩＰＭ４激光器为基准的最终测量结果。     

15μm波长DFB半导体激光乙炔(~(12)C_2H_2)线性吸收稳频

建立 1 5 μm波长标准的工作既是现实应用的需求 ,也将填补波长计量标准系列在近红外波段的空白。本文报导中国计量科学研究院在这项研究中的第一阶段工作 :用国产分布反馈半导体激光 (DFB LD)和自行研制的乙炔 (1 2 C2 H2 )吸收室 ,进行了吸收光谱实验 ,实现了 1 5 μmBFB LD的C2 H2 线性吸收稳频。并对实验结果进行初步分析和提出了下一步工作的设想     

结合塞曼效应与饱和吸收技术的DFB激光稳频系统的设计

本文介绍一种利用塞曼效应与饱和吸收相结合的技术提取激光频率误差信号的方法,利用数字PID控制技术,伺服反馈于DFB激光器的电流调制端实现慢环控制,模拟PI反馈于激光器FET电流控制端,实现快环控制,从而实现DFB激光器的稳频和线宽压窄。系统的激光频率锁定在铯原子D2饱和吸收谱线F=4→F’4,5交叉线上,频率峰-峰（p—p）起伏约为1．6MHz,相对频率起伏为4．5×10^-9,满足小型喷泉钟的使用要求。     

FUZZY-PID在激光陀螺稳频控制中的应用研究

在分析环形激光陀螺光强控制系统原理的基础上 ,针对自行研制的激光陀螺 ( RLG)计算机稳频控制系统的情况 ,研究了 FUZZY- PID与常规 PID控制算法 ;介绍了一种应用模糊推理功能实现 PID参数自整定的控制器 ,它是在常规 PID调节器的基础上 ,采用模糊推理思想 ,根据不同的 E和 EC,对 PID参数 KP、KI、KD 进行在线自整定的模糊控制器。仿真结果表明 :系统的动、静态性能都符合指标 ,该算法是实现激光光强控制进而完成激光频率控制较理想的控制算法。     

应用于边带调制PDH激光稳频的信号源设计

基于直接数字频率合成芯片AD9959、锁相环芯片ADF4351,结合开源电子平台Arduino（基于微处理器ATmega328）,建立参考到同一个外部频率参考的多路信号源,能够输出频率为0 Hz～4.4 GHz的正弦波,频率、相位、幅度可以通过USB端口和控制面板灵活控制,通过混频和叠加等手段,产生边带调制PDH激光稳频需要的调制信号和解调信号。该信号源集成度高、成本低且能在实验室条件下替代商品仪器应用于边带调制PDH激光稳频等实验,解决了限制边带调制PDH激光稳频推广应用的一个重要障碍。     

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.     

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。     

光脉冲欠采样宽带数字测频方法的设计与分析

为了突破高速电模数转换器采样速率和时延控制精度对测频带宽的限制,丈中提出了一种采用光脉冲欠采样的超宽带、高分辨率数字测频方法。利用被动锁模激光器的超短光脉冲,产生间隔可控的多波长光脉冲串,通过电光调制器,对待测信号进行采样,最后通过光探测器阵列转化为电信号进行测频计算。此方法利用光脉冲的采样带宽高、时延控制精确、波分复用技术等特点,结合欠采样的Multiple Signal Classification算法进行宽带频率测量。通过对实际应用条件进行的数值模拟和理论计算表明,该方法可以实现20GHz带宽范围内的高精度多信号频率分辨。     

光脉冲欠采样宽带数字测频方法的设计与分析

为了突破高速电模数转换器采样速率和时延控制精度对测频带宽的限制,文中提出了一种采用光脉冲欠采样的超宽带、高分辨率数字测频方法.利用被动锁模激光器的超短光脉冲,产生间隔可控的多波长光脉冲串,通过电光调制器,对待测信号进行采样,最后通过光探测器阵列转化为电信号进行测频计算.此方法利用光脉冲的采样带宽高、时延控制精确、波分复用技术等特点,结合欠采样的Multiple Signal Classification算法进行宽带频率测量.通过对实际应用条件进行的数值模拟和理论计算表明,该方法可以实现20GHz带宽范围内的高精度多信号频率分辨.     

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。     

稳频激光研究50年——长度量子基准室的半个世纪

<正>1964年,在中国计量科学研究院建成后的第十个年头,组建了第二光学室(第一光学室是现在光学所的前身),延续至今变成长度量子基准实验室,从事稳频激光及其应用的研究已有50年。半个世纪以来,不仅使我国长度计量基准从无到有,而且建成了世界先进水平的长度计量基准实验室。其间先后有50余人参加了其中的工作,可以说在出成果和出人才两个方面都取得了显著成绩,对计量事业的发展     

数字EMT系统中的多频正交序列解调研究

在正交序列解调技术的基础上提出了一种多频复合解调技术.在理论上,提出并论证了多频解调技术的原理与实现算法,给出了该算法的频域解释;在实验上,基于MATLAB软件和构建的EMT硬件平台,验证了多频解调技术的可行性和准确性.研究结果表明:多频正交序列解调具有更丰富的幅值和相位信息,是一种准确可行的数字解调技术.