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。     

镱离子光钟的多波长数字PID激光稳频系统

针对镱离子光钟实验中激光冷却并操控离子时,激光器频率漂移影响原子钟系统的问题,基于数字PID控制方法,设计了一种新的多通道频率-数字信号转换稳频方法,将多路多波长激光频率锁定在波长计的参考频率上。对激光器锁定前和锁定后的频率进行一定时长的数据采集及数据对比,激光频率漂移由800 MHz控制在± 0.8 MHz,激光频率稳定度由9.29 × 10^-10@1 s优化至2.79 × 10^-10@1 s,频率千秒稳达到3.85 × 10^-12。该系统简单、易实现,具有小型化、适应性强的优点。     

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.     

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。     

单频连续染料激光的稳频

本文介绍计量院研制的单频连续染料激光器及其稳频装置。用此装置对自制的和美国S-P公司380A型染料激光器进行稳频,得到激光频率的长期(30分钟)漂移小于1MHz(2×10~(-9)),激光频率的绝对漂移小于30MHz,线宽小于1MHz的结果。此装置可使染料激光频率对准和稳定在5700～6500A波长范围内的任意一条谱线上,也可用于激光分离同位素或高分辨力的激光光谱学中。     

频率分裂在双频激光器和位移传感器中的两种新应用

主要介绍了激光频率分裂技术的两种新应用,包括用两种方法克服强模竞争以获得频差可覆盖1～40MHz的双频激光器,以及将一个双折射双频激光器本身用作一个位移传感器.这种双频激光器可以填补塞曼激光器和双折射激光器之间存在的3～40 MHz频差空白,可以用作激光干涉仪理想的光源.位移传感器结构简单,其分辨率为79 nm,测量范围达到了15 mm,并且可以自校准.     

单模太赫兹半导体激光器高精度调谐特性研究

大量物质的特征吸收谱在太赫兹范围内,因此近年来太赫兹光谱应用的发展备受关注。相比于现有的商业光谱仪,基于可调谐单模激光器的光谱测量方法具有高精度和高光谱获取速度的优势。太赫兹量子级联激光器是可调谐激光源的理想选择。在利用其实现光谱测量前,需对其调谐特性进行研究,但是现有测量方法受到精度限制。研究发现,利用太赫兹量子级联光频梳和单模激光器之间的拍频,可在微波波段得到对应的拍频信号。当调谐单模激光器时,拍频信号会发生相应的频移。因此,结合量子级联激光器的自探测,利用频谱分析仪测量拍频信号的频移情况,可以实现对单模激光器调谐的高精度测量。最终得到所测太赫兹单模激光器的调谐速率为53 MHz/K（温度调谐）和2.7 MHz/mA（电流调谐）。     

氦氖激光稳频原理和拍频真空波长检测

He-Ne稳频激光广泛地应用在精密干涉测量中,本文论述He-Ne兰姆凹陷稳频激光,He-Ne兰姆凹陷稳功率激光,0.633微米碘稳频激光、偏频锁定碘饱和吸收稳定0.633pm激光系统和He-Ne双频稳定的激光器的稳频原理及如何用拍频比较法测量它们的波长。     

新型633nm锁相纵向zeeman稳频氦氖激光器(英文)

研制了一台新型纵向磁场中的Zeeman稳频激光器。两个圆偏振光的频差为1.25MHz、625kHz或312.5kHz,其变化量为±1Hz,1秒或10秒的频率稳定度优于2×10~(-11)。两个月内的频率再现性为±1×10~(-8)。频率可在150MHz范围内连续可调谐。     

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。     

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。     

~(127)I_2稳定的633nm氦氖激光的频率、谱线宽度与碘压、调制幅度和输出功率的关系的测量(英文)

我们测量了~(127)I_2稳定的633nm氦氖激光的频移和谱线宽度,测量结果说明了它们与碘压、调制幅度和激光输出功率之间的依赖关系。谱线宽度是用三次谐波锁定技术测量的。频率依赖于碘压和调制幅度的关系与其他研究所的结果相类似。各台激光器的功率位移系数不同。当两台激光器的谱线宽度接近相等时,它们之间的频率在±5kHz以内。在上述实验条件下的碘压为17.3Pa,调制幅度为6MHz。文中对实验结果进行了分析和讨论。     

光抽运铯束频标的初步实验结果

本文报告北京大学光抽运铯束频标的初步实验结果,其频率稳定度的阿仑方差已达到1.2×10~(-11)/τ~(1/2),与常规商品铯束频标的频率稳定度相当。实验中采用了偏置-饱和吸收式频率锁定技术,将半导体激光器频率稳定地锁定在适当的铯原子跃迁频率上。这是一种简便、经济而且十分可靠的激光频率锁定方法,实验中用它锁定激光频率达一百多个小时。     

5次谐波锁定的633nm碘稳定氦氖激光器

633nm碘稳定的氦氖激光器是国际计量委员会长度咨询委员会（CC）推荐的复现米定义的主要激光器之一，各国均将它作为长度基准使用。目前，国际上规定的稳频方式是采用3次谐波锁定技术，即调制频率为f时，解调频率为此叨年代初．我国首先提出并实现了采用5次谐波锁定技术，即调制频率为f时，解调频率为sf。中国计量科学研究院与北京大学合作研制的5次谐波锁定的激光器，其频率复现性可以优于3次谐波镇定的同类激光器。目前，这种技术已得到国际同行的关注和响应。各国的实验表明，5次谐波锁定的633nm碘稳定氦氖激光器具有更高的频率复现性。…     

阿秒时间抖动的全保偏掺铒光纤激光器

近年来，超稳光生微波和远距离时频同步等高精度、高速科学研究对低噪声飞秒光纤激光器具有迫切的需求。为实现低时间抖动噪声的激光种子源，基于“光积木”结构，设计并搭建了一台重复频率为100 MHz的全保偏掺铒锁模光纤激光器，“光积木”结构可以有效地抑制激光器的机械噪声和重频漂移。采用平衡光学互相关技术，首次从全保偏锁模光纤激光器的出射脉冲中直接进行了高精度的时间抖动测量。该激光器在傅里叶频率10 kHz至1 MHz的积分区间内，积分均方根时间抖动仅为98.36 as。     

双纵模稳频He-Ne激光器工作机理及误差分析

为深入分析双纵模稳频氦氖激光器的稳频机理和精度误差,本文提出了双纵模产生的必要条件:内腔型激光器和谐振腔长在100～300 mm之间.按照激光器的工作过程,稳频分为三个阶段:跳模、过渡阶段,模式稳定.结合激光原理和热力学理论,根据光电探测器的电压变化,阐述了稳频机理.拍频实验结果表明,激光器的频率稳定度高达5×10-10.通过误差分析,确定稳频精度仅取决于腔长的变化量,且增加腔长,有助于增加频率稳定度.该方法锁定时间短.     

DFB激光器调谐过程的动态线宽特性

为了获取分布反馈(DFB)激光器在调谐过程的动态线宽特性,提出一种基于光纤延时自外差的激光动态线宽测量方法,对于激光器线宽和测量原理做了理论分析.对商品化DFB激光器的实验结果表明:在整个电流工作范围内,激光动态线宽为20.38～4.73 MHz;工作电流为最大电流的0.58～0.66倍时,激光器的动态线宽最窄,激光器动态线宽最佳工作电流为最大电流的0.5～0.8倍.     

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。     

毫米波固态锁相系统的研究

毫米波的频率锁定源是激光频率测量的基础，本文报道了利用谐波混频技术以及耿氏振荡器的偏置电调特性，应用了以ＥＣＬ为基础的数字环路锁相技术，将８ｍｍ和４ｍｍ的毫米波的振荡频率，通过Ｘ波段固态微波锁相源，锁定在５ＭＨｚ高稳晶体振荡源上，获得了高稳定的微波信号，实现了从５ＭＨｚ至Ｗ波段频率稳定度的高精度传递。只要将５ＭＨｚ晶振锁定在铯束频标上，本系统可达到与铯频标相应的准确度。     

半导体激光器用铷D2线光电流谱稳频

本文报导了用铷原子７８００Ａ光电流谱来稳定半导体激光器的工作，在光电流谱线的中部发现了有利于稳频的凹陷，将半导体激光器频率锁定在凹陷的中央，估算的频率稳定度为１ＭＨｚ。