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。     

激光陀螺数字式稳频方法的研究

提出了一套激光陀螺数字式稳频方案，在理论分析的基础上，设计并制作出数字式稳频硬件电路，同时编写了相应的稳频控制程序。实验结果表明：激光陀螺数字式稳频方法是可行的，且优于传统的模拟式稳频。     

超稳激光的研究

介绍了实现超稳激光和Pound-Drever-Hall（PDH）稳频系统的基本原理,并就削减振动、温度、空气扰动等方面噪声的主要方法进行了讨论。此外,概述了超稳激光的主要应用,介绍了通过超稳激光实现超稳微波源的应用,并提出为实现超稳微波源而自行设计的超稳激光方案和系统设计参数。     

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。     

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。     

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。     

双闭环兰姆凹陷激光稳频方法

兰姆凹陷稳频激光器环境适应能力较差、在环境温度变化时容易失锁的问题,主要是由于环境温度波动导致的激光器腔长变化超出了压电陶瓷的调整范围。本文提出将兰姆凹陷稳频技术与热稳频技术相结合的方法,利用附加的温度控制系统补偿环境变化造成的激光器管壁温度变化,使工作过程中激光器腔长基本保持稳定,从而保证激光器谐振腔长变化不超出压电陶瓷的补偿范围。试验表明,所用方法解决了兰姆凹陷稳频激光器容易失锁的问题,提高了激光器的环境温度适应性,为兰姆凹陷稳频技术在工业现场的应用创造了条件。     

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．     

激光稳频技术在大气探测激光雷达中的应用研究进展

大气探测激光雷达因其时空分辨率高、探测精度高等特点,在大气探测、环境监测、国防安全等研究领域应用广泛。根据大气探测激光雷达的测量原理,其光源的频率稳定性会对大气参数的测量和反演产生巨大影响,因此,对光源进行稳频尤为重要。综述了目前应用于大气探测激光雷达的4种激光稳频技术及特点,介绍了这些稳频技术在大气探测激光雷达中的应用研究现状,为未来研制高精度大气探测激光雷达提供参考和借鉴。     

铬原子束激光感生荧光稳频技术理论分析

在铬原子光刻中可采用铬原子束激光感生荧光(LIF)来实现激光频率的稳定,以满足原子光刻对激光频率稳定性的要求。激光感生荧光稳频技术除有很高的稳频精度以外,还可以获得相对于原子共振频率的一定失谐量。本文根据已有的实验条件和参数从铬原子束的速率分布、激光频率与荧光斑点中心横向位移的关系、二象限光电探测器测得的误差信号等方面对铬原子束激光感生荧光(LIF)稳频技术作了理论分析。     

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...     

An Optical Frequency Comb Tied to GPS for Laser Frequency/Wavelength Calibration

Optical frequency combs can be employed over a broad spectral range to calibrate laser frequency or vacuum wavelength. This article describes procedures and techniques utilized in the Precision Engineering Division of NIST (National Institute of Standards and Technology) for comb-based calibration of laser wavelength, including a discussion of ancillary measurements such as determining the mode order. The underlying purpose of these calibrations is to provide traceable standards in support of length measurement. The relative uncertainty needed to fulfill this goal is typically 10⁻⁸ and never below 10⁻¹², very modest requirements compared to the capabilities of comb-based frequency metrology. In this accuracy range the Global Positioning System (GPS) serves as an excellent frequency reference that can provide the traceable underpinning of the measurement. This article describes techniques that can be used to completely characterize measurement errors in a GPS-based comb system and thus achieve full confidence in measurement results.     

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.     

双纵模He-Ne激光器的热稳频技术研究

介绍了双纵模He-Ne激光器的热稳频技术原理,设计了热稳频控制系统,并进行了相关的实验。根据实验结果可知,本热稳频系统实现了将两个纵模频率稳定在增益曲线中心频率对称位置和不对称位置上。根据拍频结果可知,当稳定在对称位置上时,激光器的频率稳定度达10^-10量级;当稳定在不对称位置上、维持频率稳定度10^-10量级时,激光器输出单纵模的功率最高达总功率的80%。     

全固态飞秒光学频率梳研究进展及展望

自1999年至今,光学频率梳（Optical Frequency Comb,OFC）经历了二十多年的快速发展。基于飞秒激光的光学频率梳在频率计量学、超快光谱学、光学频率标准、阿秒脉冲的产生、多脉冲时域合成等众多前沿研究领域中发挥了不可替代的作用。特别是继飞秒钛宝石激光频率梳、飞秒光纤激光频率梳之后,基于二极管激光直接泵浦的全固态飞秒激光频率梳由于兼具钛宝石激光噪声低、重复频率高,光纤激光结构紧凑、电光效率高的共同优势,引起了许多研究组的兴趣,并取得系列有意义的进展。本文综述了全固态光学频率梳的发展和已取得的典型应用,并结合笔者所在课题组取得的研究成果,对全固态光学频率梳未来的发展方向进行展望,为促进全固态飞秒锁模振荡器的发展提供借鉴。     

基于声光偏频法的激光频率无调制锁定

为了进一步提高1.5 μm波段激光器的频率稳定性,利用声光调制器(AOM)的频移特性使激光发生频移,将乙炔(~(12)C_2H_2)v_1+v_3带的P9支吸收峰作为参考频率,通过两条频移的吸收谱线产生类色散鉴频曲线,实现对外腔半导体激光器的无调制频率锁定.实验中把以前直接对激光器的调制转移到声光调制器上,避免了直接调制所引入的额外噪声,通过闭环锁定,50 s内典型的频率起伏达到5.8 MHz以内,激光器的频率起伏较自由运转时明显得到抑制,实现了激光频率的稳定.     

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。     

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.     

基于频偏应答的ADCP流速现场校准方法研究

针对声学多普勒流速剖面仪(ADCP)现场校准困难的问题,介绍了一种基于频偏应答的ADCP流速现场校准方法.通过声信号应答器,设置回发信号相对于发射信号的频偏实现速度矢量的模拟,并以频率为溯源量,对ADCP发射的信号及应答器回发频偏信号进行频率校准,进而实现ADCP流速参数的现场校准.研制了一套基于频偏应答的ADCP流速...