铯原子D2线调制转移光谱的实验研究

以光栅外腔半导体激光器 (ECDL)作为光源 ,获得了铯原子D2 线B线 (6 2 S1/ 2 F =4→ 6 2 P3 / 2 F′ =3,4,5 )的调制转移光谱 (MTS)。与传统的饱和吸收光谱作了比较 ,并对不同调制频率下的调制转移光谱特性作了实验研究。将频率调制信号直接加在声光频移器上 ,相对简化了调制转移光谱的实验装置。     

利用偏振光谱对外腔式半导体激光器实现无调制锁频

将激光器输出频率相对于合适的参考频率标准进行锁定,可以有效地抑制激光器的频率起伏,提高激光器的频率稳定度。对铯原子偏振光谱进行平衡探测,当偏振光谱透射方向与偏振分束棱镜(PBS)偏振面之间的夹角选择合适时,平衡探测后的输出信号即为铯原子D2跃迁线的色散形鉴频信号。实验上实现了波长为852 nm的外腔式半导体激光器对应于铯原子6S1/2(F=4)→6P3/2(F′=5)超精细跃迁线的频率锁定。研究获得在50 s内激光器频率起伏小于±250 kHz,较相同时间内激光器自由运转时的频率起伏3 MHz有显著改善。这种频率锁定的方法不需要对激光器进行调制。     

密集波分复用激光光源的声光偏频无调制频率锁定

利用声光调制器(AOM)的偏频特性,以CH4分子吸收线R9支一条强吸收线(λ=1.6378μm)作为参考频率,实现了对外腔式半导体激光器的无调制频率锁定。实验中在100 s内典型的频率起伏小于5.6 MHz,较激光器自由运转时的频率起伏34 MHz有了显著的改善,而误差信号的阿仑(Allan)方差平方根(即稳定度)在平均积分时间为16 s时达到最小值5.75×10-10。该方法实现了基于气体分子吸收线的半导体激光器无调制锁频,并且CH4分子在1.6~1.7μm处有丰富的振转光谱,满足光纤通信中对激光器输出波长的要求,可应用于光纤通信中激光光源的频率锁定。     

调频连续波激光调制方法研究

调频连续波(FMCW)激光调制电路是FMCW激光探测系统的重要组成部分。对FMCW激光调制方法进行研究,设计并实现由线性调频信号产生电路和半导体激光器驱动电路组成的激光调制电路,并给出相应的实验结果。其中线性调频信号产生电路采用基于直接数字频率合成技术的集成芯片AD9958进行设计,产生10~110 MHz的锯齿波线性调频信号;半导体激光器驱动电路采用直接电流调制方式,利用线性调频信号对激光载波的强度进行调制,激励激光器出光。测试结果表明:调频连续波激光调制电路能够满足调制频偏100 MHz、调频周期100 s的设计要求。     

短相干半导体激光器的射频调制特性及应用

短相干激光光源在进行高精度的干涉测量时,可以消除被测光学元件前后表面反射形成的杂散光,是低相干干涉仪的理想光源。针对低相干干涉应用对光源的需求,依据速率方程和激光调制特性对射频调制下的短相干半导体激光器光谱特性进行了理论研究。搭建了短相干光源系统,研究了半导体激光器斜率效率η、偏置电流I_b、射频信号频率f_m和幅度A_m对其相干长度的影响。实验结果表明,斜率效率大的半导体激光器更有助于短相干特性的实现,随着调制信号频率和幅值增加,工作在阈值附近的激光器相干长度随之降低,该系统在I_b=1.3Ith、f_m=950 MHz、 A_m=19 dBm的条件下获得了相干长度为90μm的短相干光源。并成功应用于斐索干涉仪上,获得了对比度K=0.931 8的清晰干涉图像,与现有短相干光源相比,对比度提高了约51.1%,实现了对平行平板玻璃面形的测量。     

模拟FM调制对半导体激光器频率偏移的影响

用模拟FM电视信号直接调制半导体激光器,将导致激光器中心频率(或波长)的动态偏移(Dynamic Frequency Chirping),使接收端信噪比下降。本文从激光器量子运动方程(Rate Equation)出发,从理论上分析了这种偏移的大小,绘出了曲线,得出了保证小偏移条件下,FM调制信号频率的最大值,作为比较,文章同时给出了方波直接调制下的频偏曲线。与方波相比,在相同频偏要求下,调频信号的频率可比方波频率高一个数量级。     

127I2频率调制光谱在微型Nd∶YVO4激光稳频中的应用

采用 48 0MHz频率调制和光外差光谱检测技术 ,将半导体激光抽运Nd∶YVO4微型激光器的频率锁定在碘分子 5 32nm波段多普勒加宽的吸收谱线上。分析伺服误差信号表明 ,采用该技术锁定微型Nd∶YVO4激光频率 ,其稳定度可达到 10 - 1 0 (1s积分时间 )。     

以原子谱线作参考的半导体激光器的频率锁定

研究以原子谱线作参考的半导体激光器的频率锁定系统,在精密控制半导体激光器的工作温度和工作电流的基础上,利用85Rb的D2线的一次微分信号对LD的频率进行锁定.锁定后LD的频率最大变化为10MHz/3h,平均取样时间10s,用Alan方差估算LD频率稳定度为10-9.     

垂直腔面发射激光器的内调制特性

面向芯片原子钟(Chip Scale Atomic Clock,CSAC)的垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)通过微波调制产生具有特定光频差的相干激光,与原子作用后的跃迁谱线频率作为参考标准,最终可获取高精度的频率信号。因此,垂直腔面发射激光器在芯片原子钟系统中至关重要。介绍了VCSEL激光器的内调制原理,搭建了其内调制特性实验测试平台,开展了激光器对射频调制响应特性研究,记录了激光器边带信号随着注入电流和射频输出功率的变化情况,并分析了射频调制对激光器边带信号的影响特性以及Bogatov现象引起的边带不对称现象。实验结果显示:当射频信号频率为3.41734 GHz,注入电流为1.2 mA,射频输出功率为3.5 dBm时,可获得优化的高频调制光谱,为芯片原子钟提供优质的光源。     

127I2频率调制光谱在微型Nd:YVO4激光稳频中的应用

采用480 MHz频率调制和光外差光谱检测技术,将半导体激光抽运Nd:YVO4微型激光器的频率锁定在碘分子532 nm波段多普勒加宽的吸收谱线上.分析伺服误差信号表明,采用该技术锁定微型Nd:YVO4激光频率,其稳定度可达到10-10(1 s积分时间).     

2kW射频板条CO2激光器射频频率漂移特性研究

为了研究射频板条CO2激光器射频频率波动对输出光束的影响,采用等效电路分析和实验测量的方法研究了射频频率对激光器输入输出特性的影响。计算得到射频频率变化2MHz时引起的阻抗实部变化率为0.01%,说明射频频率漂移对放电部分等效电路参量影响很小。射频频率采用79.4MHz,80.0MHz,80.7MHz,81.4MHz,82.0MHz和82.7MHz,以设计频率81.4MHz对应的输出功率为基准,占空比设置为80%时,频率漂移1MHz则激光功率下降约150W。激光功率随频率变化趋势与理论结果一致。结果表明,射频频率变化引起的阻抗匹配问题是导致输出功率波动的主要原因,可以通过改进匹配网络来克服射频频率的波动对激光器性能的影响。     

用于半导体激光器冷却囚禁原子的声光晶体驱动器及其性能测量

为满足半导体激光器应用于激光冷却囚禁原子的需要,本文设计了输出功率和频率可由外部信号控制的声光晶体驱动器,其输出功率可由0W变至2W,频率由54MHz变至120MHz.提出了F-P腔和声光晶体双通过装置联用来测量其频率动态特性的一种方法,对驱动器的频率和功率动态性能进行了测量.     

Stabilization of millimeter-wave frequencies from passivelymode-locked semiconductor lasers using an optoelectronic phase-lockedloop

The use of an optoelectronic phase-locked loop to stabilize the pulsation frequency of a three-section, passively mode-locked quantum well laser diode at 41 GHz is discussed. It is shown that the free-running mode-locked signal, with a radio frequency (RF) linewidth of 770 kHz, can be stabilized to the linewidth of a reference RF oscillator (<1 kHz). The stabilized mode-locked signal has a phase noise of -70 dBc/Hz at 370 kHz offset. Tracking of the mode-locked signal to the external reference RF oscillator is maintained over 11 MHz. This is, in effect, an actively mode-locked laser source at 41 GHz     

半导体激光器高频调制技术

文中详细介绍了一种半导体激光器高频调制的设计方案并给出了实验结果,设计了基于直接数字合成技术的高精度三频调制信号产生电路,同时该电路还为后续差频测相提供高稳定的本振信号;该方案能实现对半导体激光器150kHz,15MHz,150MHz三个频点的电流调制,消除了温度对激光器调制特性的影响,在各个频点均达到了很高的频率稳定性,并能实现测尺频率的迅速切换,为相位法激光测距测程和精度的进一步提高奠定了良好的基础.     

高稳定度窄线宽激光器的研究

介绍了3种不同类型的高稳定度窄线宽激光器的研究进展.基于Littman结构和饱和吸收光谱稳频技术,研制了稳频外腔半导体激光器系统,输出波长为780.2 nm,频率稳定度1 MHz,不失锁时间大于12 h.利用边带稳频技术将分布反馈(DFB)激光器的输出波长稳定在Cs原子的吸收谱线的边带处,引入数字信号处理器(DSP)全数字稳频控制技术,实现了自动找频和稳频,获得波长为852.3 nm的稳频激光输出,24 h内频率漂移为±2 MHz.利用国产磷酸盐玻璃光纤作为增益介质,实现了一台高功率单纵模光纤激光器,制作的厘米级激光器实现了最大输出功率100 mW,利用外部光反馈实现单偏振运转,测得输出线宽为2 kHz,偏振消光比优于35 dB.     

基于共焦法布里-珀罗腔的无调制激光频率锁定

将激光器锁定到合适的参考频率上,可以有效改善激光器的频率稳定性。对于共焦法布里-珀罗(CFP)腔,沿腔轴的光路与同腔轴有一小夹角的光路对应的光程不同,因此二者对应的腔共振透射峰的频率之间会发生相对频移。这一特性可用来产生以共焦法布里-珀罗腔作为频率标准稳定激光频率的类色散型鉴频曲线,而不需要对激光频率或者共焦法布里-珀罗腔长进行调制扰动,也无需采用相敏探测。实验中实现了自制的852 nm光栅反馈半导体激光器相对于共焦法布里-珀罗腔的无调制频率锁定,由闭环锁定后的误差信号分析,30 s内典型的频率起伏小于340 kHz,较相同时间段内激光器自由运转时的频率起伏(约10 MHz)有了显著的改善。还通过调节入射到共焦法布里-珀罗腔两光束之间的夹角来改变频移量,对不同频率间隔下的类色散型鉴频曲线的斜率以及对激光器锁频后的频率稳定性作了比较。     

原子干涉仪中拉曼激光的相位-频率双调制稳频

为降低拉曼激光的频率噪声,提出了一种相位-频率双调制稳频技术。用光纤电光相位调制器对激光进行调制并产生大失谐边带;用射频信号对光纤相位调制器的微波驱动信号进行频率调制,通过锁相放大法将一个大失谐边带锁到铷原子的饱和吸收谱线上。利用该技术实现了拉曼种子激光的稳频和2 GHz的移频,拉曼激光的线宽大幅压窄到56 kHz,预期拉曼激光频率噪声引起的原子干涉重力仪的单次测量噪声可降低到7×10-9/s2。     

基于相位调制器的宽带窄线宽的线性调频激光源的产生

提出了一种基于相位调制器(PM)和可调谐光滤波器产生线性调频激光信号的方法。该方法利用带有基频的微波线性调频信号作为相位调制器的驱动信号,窄线宽的激光种子源经相位调制器调制后产生一系列的宽带线性调频激光信号。通过可调谐光滤波器抑制其他边带保留所需阶次的线性调频激光信号。实验结果表明:当光滤波器保留正二阶调频激光信号时,获得了调频带宽为2 GHz、调频速率为6 THz/s的线性调频激光信号。在观测时间为1 ms时,测得的线性调频激光信号的瞬时线宽为3.2 kHz。该方法结构简单,易于实现,并且对调频连续波激光雷达、相干光谱分析等测量应用有重要意义。     

LD相对于铯原子超精细跃迁线的偏频锁定

对于单纵模半导体激光器（ＬＤ）,应用往返两次通过一个声光频移系统的方法,结合铯原子饱和吸收稳频技术,实现了激光频率相对于铯原子Ｄ２线６２Ｓ１／２（Ｆ＝４）→６２Ｐ３／２（Ｆ′＝５）超精细跃迁的偏频锁定。其特点是可通过调谐声光频移系统的工作频率方便地改变偏频量,而不需要对光路进行再调整