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

一、引言 众所周知，兰姆凹陷稳频是以原子跃迁中心频率v0为参考标准的；而纵向塞曼稳频是利用塞曼分裂的左、右旋圆偏振光的频率曲线的交点为稳定点的。因此，这两种稳频激光器内都必须充入^20Ne气体才能保证有单一的频率稳定点而实现高精度的稳频。     

相位调制光外差稳频信号检测技术

在高功率条件下,由于受到多种因素的影响,单频光纤激光器输出激光的谱线宽度大幅展宽,输出激光的稳定性也不高。相位调制光外差稳频（PDH）技术在高功率条件下可以实现高频率稳定性。为实现对中心波长为1 064 nm的单频光纤激光器的稳频,理论分析了PDH稳频系统的原理并搭建PDH稳频系统。实验发现100 MHz相位调制光外差信号的检测是稳频系统的关键。实验中首先利用自行设计的探测器前置放大电路,基于Si探测器,实现了信号的探测和放大;其次,设计解调电路,通过将光电转换后的信号与参考信号进行混频实现解调,得到鉴频曲线,实现对光外差信号的检测。     

基于FPGA数字相位调制光外差激光稳频系统设计

为了实现中心波长为1064nm的单频光纤激光器的稳频,采用相位调制光外差（PDH）激光稳频技术,搭建稳频系统光路。分析了相位调制光外差稳频信号以及误差信号特征;设计基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字式解调和反馈控制电路,在FPGA中实现对相位调制光外差稳频信号的数字解调,再经数模转换器输出获得误差信号。结果表明,在FPGA中能成功实现对相位调制光外差信号的解调,经Allan方差计算,频率漂移的方差值可达10-11,即所设计的数字系统实现了较高的稳频精度。     

脉冲稳频Nd∶YAG环行激光器

我们在实现单频行波运转的脉冲Nd∶YAG环行激光器基础上,通过自动搜索补偿和快速稳频环路,获得脉宽为0.7ms,峰值功率大于100W,频漂小于1MHz的1.06μm稳频激光。     

新型氦—氖兰姆凹陷功率和频率稳定的激光器

激光器自从60年代诞生以来随着科学技术的发展也迅速发展起来。小功率氦氖激光器是现阶段使用最广泛的一种激光器,这种激光器在稳频方面已见完善。在稳功率方面已有多种方法,我们研制的稳功率的方法是利用兰姆凹陷输出功率的极大和极     

激光稳频的共焦法布里-珀罗干涉仪

针对多普勒激光雷达激光源短期频率漂移低于1 MHz的要求,设计了一种共焦干涉仪作为频率标准进行稳频。通过对三种不同材料制成的共焦法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪中心频率随温度漂移情况进行分析对比,选用零膨胀微晶玻璃材料制作共焦法布里-珀罗干涉仪,腔镜和隔离器通过光胶的方式进行组合,并且置于温控精度优于0.01 K的双层密封温控箱中。经过实验测量,共焦法布里-珀罗干涉仪的自由光谱范围为370 MHz,透射谱半峰全宽(FWHM)为1.7 MHz,精细度为220。采用该共焦干涉仪进行稳频,理论稳频精度可达0.15 MHz,满足激光多普勒雷达单频激光源的稳频要求。     

用于激光稳频的精密温控系统设计

单块非平面环形激光器可用于产生单频激光。该激光器的频率随温度漂移系数理论值为- 2. 6GHzP℃。设计了一套精密温控装置,对该单频激光器温控以实现稳频。采用单片机结合PID 模块的方法构造温控系统,实现了32 ℃范围内±0. 01 ℃的控温精度,激光频率稳定性达到50MHz ,在此基础上进行了激光器温度调谐试验研究。上述方法构建的温控系统可以提高控制精度并大大缩短调试周期。     

可调谐环形染料激光器的偏振法稳频器

偏振法稳频系统是利用单频染料激光束通过一个光学参考腔,腔内插入一片可转动的偏振片,相干后位相差变化引起光偏振性质变化而产生的“色散型”误差信号,控制激光器谐振腔的长度。稳定激光频率。偏振法稳频系统的特点是在稳频点附近较宽频率范围内都有信号给出,使控制系统有较强的应变能力,稳频后的染料激光器波长调谐性质不变,即连续可调和在任意波长附近精细扫描(30GHz)     

Co2激光器腔外饱和吸收荧光稳频技术的研究

报导能获得十瓦量级稳频CO_2激光输出的腔外吸收室荧光稳频技术.给出获得窄而深的荧光凹陷的最佳气压范围为10～18Pa,对10.6μm带的P(20)激光谱线进行了闭环锁定,用鉴频曲线估计的频率漂移为3×10~(-9),稳频激光输出功率为10W.     

氦-氖激光640、630毫微米谱线波长的测定

兰姆凹陷稳频的氦-氖激光633毫微米波长已用氪86的基准波长作了测量。用碘的超精细结构谱线稳定的633毫微米和612毫微米激光波长,已被国际米定义咨询委员会(CCDM)推荐为波长标准。比633毫微米吸收系数大百倍的640毫微米碘超精细结构谱线,已由中国计量科学研究院赵克功等作了报导,国内外对此很感兴趣。目前,正在对碘的该超精细结构作进一步测量,并用它稳定640毫微米He~3-Ne~(22)激光波长,以期建立成新的波长标准,用来复现新的米定义及进行高精度干涉测量。     

2.0μm波段掺铥连续单频光纤激光器的研究进展

介绍了2.0μm波段掺铥连续单频光纤激光器的实验研究进展,以实现单频光纤激光器的关键技术为主线,总结了不同腔结构掺铥单频光纤激光振荡器的研究现状与发展方向。基于种子源主振荡功率放大(MOPA)结构进行了单频激光器功率放大,介绍了高功率掺铥单频光纤MOPA激光器的国内外研究进展。此外,介绍了本课题组在高掺杂铥锗酸盐玻璃光纤制作,2.0μm波段单频光纤激光振荡器构建,以及单频激光功率放大方面的部分研究工作。     

单频纳秒脉冲激光中心频率实时监测技术

基于光学外差法,设计并搭建了一套脉冲激光中心频率实时监测系统。频率特性已知的连续光经移频后与待测的单频纳秒脉冲光发生拍频,用光电探测器和数据采集卡记录合成光强信号,分析拍频信号的频谱,即可获取待测光的中心频率信息。实验用一台连续单频输出1.57μm激光器作为参考光源,采用移频、斩波、自拍频的方法对测试系统的测试速率和测试精度进行了评估,得出该系统的响应时间为6ms。对于脉宽为30ns左右的激光脉冲,采样率为2GSa·s~(-1)时,测试系统的均方根误差不超过0.07 MHz。     

1550 nm全光纤单频脉冲光纤激光器

设计并实现了一种基于人眼安全波段的1550 nm全光纤化结构单频脉冲光纤激光器。激光器采用外腔稳频技术的单频半导体激光器作为种子源,其线宽1.8 kHz,功率20 mW。通过预放大器和声光调制器获得单频脉冲激光,并运用两级光纤放大器实现了线宽1.9 kHz、平均功率521 mW、脉冲宽度200 ns、重复频率10 kHz的单频脉冲光纤激光输出。输出脉冲峰值功率达260 W。输出端采用了双包层单模光纤,保证了输出激光的光束质量。整个激光器通过对种子光级联放大,结合放大器的增益控制,成功抑制了受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)效应,消除了放大过程中噪声对线宽的影响,获得了线宽稳定的单频脉冲激光。     

半导体激光器稳频技术

窄线宽稳频激光器在精密干涉测量、光学频率标准、激光通信、激光陀螺、激光雷达、基本物理常数测量和冷原子系统等研究领域有着广泛的应用。自由运转的半导体激光器每天的频率漂移量可以达到GHz,因此研究半导体激光器的稳频具有十分重要的意义。以780 nm的半导体激光器稳频为例,介绍了目前广泛使用的各种半导体激光稳频技术的基本原理及试验方案,如消多普勒饱和吸收光谱稳频技术、消多普勒双色谱稳频技术、调制转移谱稳频技术、调频光谱稳频技术和频率-电压转换稳频技术,并对各种稳频方法的性能和特点进行了分析。     

He-Ne激光稳频技术现状与发展

;激光波长在测量方面的广泛应用决定了激光器输出频率的重要程度.文中分析了各种影响He-Ne激光光源频率稳定性的因素,如温度变化、机械振动以及磁场影响等.还介绍了目前常见的三种稳频技术:蓝姆凹陷稳频法、饱和吸收稳频法和塞曼效应稳频原理.并分析了这些技术各自的优缺点.着重介绍了热稳频法.较之前三种方法,热稳频法的系统结构简单、抗干扰能力强,因此得到了更广泛的应用.最后展望了稳频技术的新发展,即通过检测频率获得误差信号的拍频稳频技术.     

采用射频调制实现对单频激光器频率噪声的抑制

在使用铷原子饱和吸收谱线作为激光频率参考进行稳频的激光稳频系统中,环路带宽是影响激光输出频率噪声的重要因素之一。对激光稳频系统中限制环路带宽的主要因素进行分析,使用射频调制信号直接调制商用外腔半导体激光器的高速电流调制端来对激光稳频系统的环路带宽进行拓展。根据对稳频环路的分析,合理设置反馈电路,实现激光稳频。使用低频谱分析仪对稳频后的鉴频信号进行分析,发现带宽拓展后,在傅里叶频率为5kHz处对频率噪声的抑制度达到了20dB以上。通过将该稳频激光器输出的激光与锁定在极稳恒温晶振上的飞秒光学频率梳进行拍频,测量了该稳频激光相对光梳的频率噪声,测量结果与直接分析鉴频信号的结果吻合。经过测量,通过拓展带宽抑制频率噪声,稳频激光器的短期频率稳定度得到改善。最后,测量了稳频激光相对于锁定在恒温晶振上的飞秒光学频率梳的频率稳定度,Allan方差在平均时间1s时达到4.52×10~(-12),在平均时间20s时达到1.65×10~(-12)。     

1645 nm单频脉冲Er:YAG陶瓷激光器

设计和研制了1645 nm Er∶YAG单频脉冲激光器系统,采用注入种子技术和对称泵浦的双Er∶YAG陶瓷结构,当脉冲重复频率为200 Hz时,获得了最大平均脉冲能量为22.75 mJ、脉冲宽度为223.1 ns的单频调Q脉冲激光输出,x和y方向上的光束质量因子分别为1.16和1.15,0.5 h内单频脉冲的中心频率稳定性为578 kHz,激光脉冲输出能量的不稳定性小于0.5%。     

一种基于控制点偏移修正的纵向塞曼稳频方法与系统

针对目前普遍采用的功率平衡法实现热稳频的纵向塞曼激光器存在的稳频控制点偏移问题,建立了左右旋圆偏振光光功率差调谐曲线零点与稳频控制点之间频率偏移量的数学模型,提出了稳频控制点偏移的修正方法。该方法通过对左右旋圆偏振光的精确偏振分光和对称功率检测来抑制稳频控制点偏移的随机扰动分量,同时补偿其相对稳定偏置分量,可有效降低稳频控制点偏移引起的激光频率漂移。实验表明,基于稳频点偏移修正方法构建的纵向塞曼热稳频系统,在2h40min内输出光频率相对变化小于4×10-9,阿伦方差频率稳定度为1.9×10-10(采样时间1000s),在24h的重复实验中系统输出光中心频率漂移小于1.3×10-9。故该方法可有效抑制激光器稳频控制点漂移,提高激光频率稳定度。     

偏频锁定法稳定塞曼氦氖激光频率

研制成一种互锁的无调制的塞曼He-Ne激光稳频器。稳频中心调谐在左右旋光差频曲线的最大斜率点上,以获得有较大的激光输出功率,环路能给出快速锁定,秒级频率稳定度优于2×10~(-10)。     

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。