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。     

He-Ne双折射塞曼双频激光器的等光强稳频研究

在精密测量领域,He-Ne 激光器是制造激光干涉仪的首选光源,因波长作为测量的尺子,激光器的频率稳定性至关重要。介绍了双频激光器的稳频技术原理,利用调谐腔中平行光和垂直光的等光强点作为稳频点,以光强平衡为依据设计热伺服控制电路,采用数字和模拟电路共同控制,实现了He-Ne双折射塞曼双频激光器的频率稳定。对大频差(7.95 MHz)的双频激光器进行拍频测试,单次频率稳定度达10-9量级,重复多次多日测量,频率不确定度达1.07410-8(k=2)。同时对频差稳定度进行测试,频差波动范围在8 kHz以内,相对偏差度为0.001,完全达到商用双频干涉仪的标准。     

利用微机控制的横向塞曼稳频激光器

横向塞曼He-Ne稳频激光器目前常用风扇冷却的方法。由于有机械转动部件,影响寿命与稳定度的提高。将激光管置于一合理的温度场中,利用微机控制激光腔长,可使稳定度比风冷方法提高一至二个数量级。 横向塞曼He-Ne激光器的输出为两个正交直线偏振光,它们之间的频差f_b的变化反映了激光频率的变化。在充有自然Ne的激光器中,f_b与腔长间的关系呈高低两峰状曲线。取高峰的线性段部份,根据腔伸长与收缩时f_b的变化来控制激光腔长。控制系统为一双重温度     

多波长He-Ne激光器

由于He-Ne激光器稳定性与相干性好，因而被用作计测光源。例如，633毫微米和3.39微米的He-Ne激光可稳定在碘分子和甲烷分子饱和吸收谱线上，被用作长度/光频的标准。另外根据与以往不同应用领域的要求，正在投入力量以推出可产生新振荡线的He-Ne激光器商品。例如最近市售的543毫微米绿光He-Ne激光器，1.52微米He-Ne激光器是其典型例子。特别是1.52微米的He-Ne激光器已实际应用于光纤性能试验。He-Ne激光器多波长化问题，包含着使所需要的几条振荡线同时振荡，或者使之依次振荡的问题。本文着重介绍日本计量研究所研制中的用作计测光源的可见光区和红外区的多波长He-Ne激光器。     

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。     

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。     

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     

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).     

碘分子吸收稳定中红外差频激光频率

差频光源用于大气分子稳定同位素丰度研究需要频率稳定的连续输出的空闲光。基于连续可调谐钛宝石激光器和单频连续Nd:YAG激光器建立差频系统,为了稳定差频系统产生的红外光源的波长,利用MgO:PPLN作为倍频晶体,采用有多普勒展宽的碘分子吸收稳频方法,结合数字比例-积分-微分(PID)反馈控制技术,将Nd:YAG激光器的频率漂移量稳定在1.2MHz/h内,稳定度为4.26×10-9。实验结果表明:增加对压电陶瓷(PZT)的调制电压时,Nd:YAG激光在1h内的频率漂移量迅速减小,超过1V后漂移量趋于稳定;改变对PZT调制频率没有获得较高的稳定度。将频率稳定后的Nd:YAG激光用于产生3.42μm附近的差频光源,通过对低压下CH4气体分子吸收谱线的测量,去卷积运算得到差频系统的线宽约为6.9MHz。实验结果既为该方法用于稳定激光频率提供了重要的参考,又为痕量气体探测提供了频率稳定的差频光源。     

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。     

一种单频He—Ne激光器的自稳频原理分析

作者用高气压加纵向非均匀磁场获得了He-Ne激光器的大功率单频输出,并成功地生产了1米系列和1.8米系列的单频He-Ne激光器。这两种激光器均有很高的频率稳定性,在自由运转时能达到4×10~(-8)量级。本文首次对这种激光器的自稳频原理进行了分析。     

633nm内腔式He-Ne激光器热-频率特性研究

研究了在-20～40℃环境温度下633nm内腔式He-Ne激光管的自由运转特性,设计了激光器系统的预热和稳频控制方案,实现了633nm内腔式He-Ne激光器的频率稳定。当室温约为24℃时,锁定后的热稳频激光器与高精度碘稳定激光器的拍频结果显示,3h内频率的相对标准不确定度为u=6.4×10^-9,阿伦方差为7.0×10^-11（采样时间τ=1s）,3个月内的频率复现性优于4.6×10^-9。研究了在-20～40℃范围内不同环境温度下锁定后输出激光的频率漂移规律,实验结果显示,稳频后激光输出频率随环境温度的漂移量约为293kHz/℃,与采用压力估算模型计算得到的漂移值268kHz/℃相一致。因此,当激光器工作在一个较大的温度范围内时,可以通过插值校准来获得更准确的参考输出频率。     

超高频泵浦小型低噪声He-Ne激光器

描述一台以横向超高频放电等离子体作为激活介质的小型He-Ne激光器。激光器的辐射器是一种同轴结构。泵浦源采用由半导体器件装成的超高频(频率500MHz)功率振荡器。所研制的激光器的优点是:辐射输出功率高,固有噪声电平低,体积小。重量轻。     

用于激光磁共振光谱的CO激光器的稳频研究

本文讨论了用于激光磁共振光谱的CO激光器机械与电子的稳频措施,在文中提出了一种新的激光频率稳定度的测量方法,它是以分子的激光磁共振谱线为基准,通过测量分子的激光磁共振谱线线宽及其变化,然后用阿仑方差进行数据处理,最后得出激光频率稳定度。运用这种方法对稳频CO激光器进行了调试和检测,测得在非稳频和稳频条件下CO激光器的频率稳定度分别为1.5×10~(-7)、5.5×10~(-9)。     

以小功率注入的单频脉冲染料激光器

报导了关于研制泵浦转换效率为30%，光谱功率密度为10¹⁰瓦/亳微米的单频染料激光器。用0.1亳瓦的He-Ne激光辐射的注入达到脉冲染料激光器单频振荡的条件，它的光谱包含三个纵模。列举出系统的动力学特性和光谱特性的实验研究结果。讨论了建立具有类似参数的可调谐激光器的可能性。     

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。     

基于泛频CO激光器的微量气体光声光谱仪

泛频(△v=2)CO激光器可以输出2．8～4μm的准连续可调激光，腔内单线最大激光振荡功率可达4W。将纵向共振光声池放入双能级跃迁CO激光器光学谐振腔内，构成了高灵敏度的光声光谱仪。利用该光谱仪对低浓度的甲烷(CH4)气体作了光声测量。由于气体吸收线与CO激光器谱线有较好的重合性，以及较强的腔内激光功率，该系统对CH4气体的极限检测灵敏度达到0．1ppb(10^-10)。     

1.5μm波段乙炔气体稳频光纤光栅外腔半导体激光器

为了提高1.5μm波段激光器的频率稳定性,利用乙炔分子饱和吸收稳频,设计了一种稳频的光纤光栅外腔半导体激光器。其通过步进电机对光纤光栅进行拉伸调节波长,实现了激光频率调谐。结果表明,所研制的激光器拥有较高的频率稳定度。     

窄线宽激光器稳频控制技术的研究

频率稳定度是表征频率稳定程度的一个极其重要的指标参数。为了满足激光雷达系统的应用需求,本课题研制了一套基于PDH技术的激光稳频系统。直接数字频率合成器产生激光器高频相位调制信号,模拟混频器解调激光器的频率漂移信息,作为稳频控制系统的核心控制部分的高集成度数字信号处理器,负责整个系统的信号处理及比例积分微分(PID)伺服等。     

激光器稳频技术研究

在窄线宽激光器的应用领域中,激光频率稳定度是一个极其重要的指标参数,表征频率稳定的程度.基于被动稳频和主动稳频技术的实质区别--有无稳定的频率参考,主要针对主动稳频技术综述了激光稳频技术的国内外研究进展,包括:根据选用频率标准的不同进行分类;分析了常用的激光稳频技术的原理及达到不同稳频精度的原因;根据国内外关于主动稳频...