OA激光物理

激光抽运铯束频标中的最佳原子速度问题 *陈景标　张军海　王凤芝　杨东海　王义遒(北京大学电子学系 ,北京 10 0 871)着重探讨激光抽运斜入射激光检测铯原子束频标中的不同速度原子对荧光信号强度、Ramsey谱线宽度、束管优值的影响。理论结果表明 ,在相同的噪声条件下 10 0°C铯炉温度时 ,束管的最大优值出现在平均速度为 15 3m/ s的原子群上。在装有自由漂移区长度为 12 6mm的 Ramsey微波腔的小铯束管上 ,10 0°C铯炉温度在 66.5°斜光检测时 Ramsey频谱的线宽是 10 5 0 Hz。实验结果表明利用慢速原子群可以得到线宽在 35 0Hz左右甚至…     

微波功率对Ramsey信号的影响研究

对激光抽运铯束管中Ramsey信号强度及线宽随微波功率的变化进行了数值计算，同时使用了-11～0 dBm范围内的微波功率进行了实验验证。结果表明，信号强度及线宽的计算值与实验值较为符合。当信号强度取最大值时，对应微波功率的计算值为-5.1 dBm,实测值约为-6 dBm;对于Ramsey线宽，最大计算值为562 Hz,对应的微波功率为-3.8 dBm,而实测最大值为552 Hz,对应的微波功率约为-3 dBm,两者基本相符，变化趋势也较为符合。     

频标用的一种新型、低电压、易维护的铯束管

本文叙述了一种最近研制的、原子频标用的改进型铯束管的设计与试制,并给出了性能数据资料。该管取消了通常的铯束管中基本上都具有的真空离子泵和电子倍增器,在整个系统工作中只用低压电源。同轴对中的新结构有助于简化制造工艺。通过调节铯束的对中机构,管子在500赫谐振线宽时,所取得的优值系数为2。     

基于非线性及光延迟的全光相位噪声抑制研究

采用光学非线性混合和可调光延迟方法,抑制激光线宽引起的低速相位噪声,提出并证明了全光的相位噪声抑制方案.采用原始信号的相位共轭和两个窄线宽光泵浦,抑制了激光线宽引起的相位噪声.仿真结果表明,对于具有相同激光线宽的40Gbit/s正交相移键控信号,其误差矢量幅度可从30％优化到14％.     

用于铯束管测试的微波锁相环路的分析与调试

铯束管是铯原子频标的核心部件,研制过程中需要测试的基本参量是Ramsey谐振线形和交流信号噪声比。测试使用的微波锁相信号源,必须具有很高的频率稳定度,其中主要是10毫秒的短期稳定度应优于1×10~(-10);信号频率在中心频率9,192,631,770赫附近±200千赫范围内连续可变;长时间可靠锁定工作;具有单频和低频频率调制两种方式输出。为了达到上述要求,必须分析锁相环路中各个因素的作用、环路特性和各个参数的相互关系。我们运用微波锁相和噪声分析的理论,     

20kHz窄线宽光纤光栅外腔半导体激光器

采用多量子阱掩埋条形(BRS)增益芯片和拉锥光纤布拉格光栅(FBG),制作了1.5μm波段FBG外腔式窄线宽半导体激光器。封装后器件实现了全电流范围内稳定单模窄线宽激光输出。30~250 m A驱动电流下线宽小于15.48 k Hz,实测最小线宽为6.42 k Hz,频率稳定度为7.2×10-8/s,边模抑制比大于40 d B,最大出纤功率大于10 m W。这种集成窄线宽激光器性能优异,且制作成本低,工艺简单,适于批量生产,可应用于400 Gb/s相干通信系统的发射源与接收机本振源。     

激光抽运铯原子钟的计算机模型

介绍了光抽运铯原子钟计算机模型系统的基本结构体系,该计算机模型系统包括铯原子炉、抽运和检测激光、Ramsey微波作用腔、C场、荧光检测系统等程序模块。利用这个计算机模型系统,对光抽运小型铯原子钟在一些极端条件下的情形进行了研究,如抽运激光功率偏低,有效原子的速度分布特别窄,微波功率远大于最佳微波功率等条件下,得到了一些有意义的结果。     

激光多普勒效应的实验验证

为了研究激光多普勒效应,建立了一个简单的利用激光外差干涉技术测量多普勒效应的实验验证系统。由实验可知,对于0.2mm/s的均匀速度,理论上的拍频值为316.0556Hz,实验测量值为312.0434Hz;对于0.1mm/s的均匀速度,理论上拍频值为158.0278Hz,实验测量值为151.6055Hz。结果表明,该验证系统的有效性,可为光学实验教学中实现激光多普勒效应提供有益的帮助。     

基于保偏掺铥光纤饱和吸收体的2μm波段超窄线宽光纤激光器

制作了一种单纵模超窄线宽环形腔掺铥光纤激光器,使用未抽运的保偏掺铥光纤作为饱和吸收体,结合光纤光栅法布里-珀罗滤波器,实现了激光器的单纵模运转和超窄线宽输出。实验结果表明:激光器在室温下可以获得中心波长为1942.03nm、光信噪比为63dB的稳定输出。通过100min的连续测量,激光输出功率的波动小于0.62dB,中心波长的波动小于光谱仪的最小分辨率0.05nm,在一定时间内具有良好的稳定性。采用基于频率噪声的线宽测量方法测得0.01s测量时间下的线宽为300Hz,在0.1s测量时间下的线宽约为3kHz。所制作的激光器将在对2μm波段激光纵模及线宽特性有严格要求的领域具有重要应用价值。     

从米到秒:中国计量院的微波-光学频率基标准研究

文中介绍中国计量科学研究院(NIM)在微波-光学频率计量基标准研究的新进展:用NIM4激光冷却-铯原子喷泉钟复现国际单位制(SI)时间单位秒(s),用飞秒(fs)光学频率梳间接复现长度单位米(m)并标定稳频激光波长实际实施米定义.NIM4铯原子喷泉钟的不确定度达到5E-15;fm光梳锁定到NIM4钟控制的氢钟后,其频率不确定度为2.2E-14.在此基础上讨论铯原子喷泉钟,稳频激光,fm光梳的作用,意义和相互关系.最后报道2006年起NIM立题研制锶原子存储光钟.     

谐振型光纤陀螺的灵敏度分析

谐振型光纤陀螺(RFOG)因具有敏感光纤短和体积小等优点而备受关注。分析了激光线宽、光纤环形谐振腔(FRR)及检测技术对RFOG灵敏度的影响。依据RFOG信号检测方法,推导了受光电检测器灵敏度限制的RFOG灵敏度公式,并给出了考虑激光线宽和腔内偏振轴90°旋转的RFOG灵敏度修正公式。基于多光束干涉原理,分析了数字调相电压的误差和噪声对灵敏度的影响。仿真结果表明,为获得高灵敏度,针对不同的激光线宽应选取不同的FRR腔长,偏振轴90°旋转熔接的两边长度差应为保偏光纤半拍长的奇数倍,数字调相电压的噪声方均根值应小于0.22V。该工作为高精度RFOG的设计提供了理论指导。     

基于光纤噪声抑制系统的1.5μm超稳激光系统比对

搭建了一套光纤相位噪声抑制系统。通过环外自拍频,得到噪声本底的秒级频率稳定度为6.8×10~(-18),2000s平均时间后达到2.3×10~(-19)。利用该系统可实现窄线宽激光频率在1.6km实际光纤链路中的传输,传输后环外自拍频信号的秒级频率稳定度可达1.2×10~(-17)。基于连接两个实验室的808m实际光纤链路,将此系统应用于1.5μm超稳激光的比对,通过拍频测量得到激光线宽为(0.54±0.15)Hz,秒级频率稳定度为1.2×10~(-15)。     

文摘

近年来,研制了Q值很大的光谐振器,该谐振器被用在以光谱学等各种领域.正确测量谐振器的光洁度是很重要的.虽然对谐振器进行扫描,以测量透过光的线宽是很简单的,但是,探测光的线宽要比谐振器线宽更窄.直接测量谐振器寿命的振铃信号法,虽然不限制激光线宽,但是需要高速光开关,可以说这种方法较复杂.本论文提出利用两者优点的新的振铃信号法.首先以对谐振器的高速扫描代替高速光开关,用对数刻度来表示透过光强度,获得与振铃信号法相同的衰减曲线,从而忽略探测光线宽而进行光洁度测量.其次即使以相当低的速度扫描谐振器时,也能调制透过光强,利用这种调制,可测量反射镜非常缓慢的移动速度(μm/s).     

信号光谱宽特性对单频光纤放大器SBS阈值的影响

受激布里渊散射(SBS)效应是影响单频窄线宽光纤激光放大器功率提高的重要因素。以白噪声作为射频信号源,采用相位调制技术,设计并搭建了一套三级主振荡功率放大全光纤激光系统。分析和研究了信号光频谱宽度与光纤放大器系统SBS阈值之间的关系,通过改变白噪声信号的幅值,实现精确控制信号光谱宽,获得了中心波长为1030.93nm、线宽为0.9GHz、平均功率为90W的窄线宽准连续激光输出,相应的X方向与Y方向的光束质量因子分别为1.28和1.27。该研究为实现高功率单频窄线宽光纤激光器的产业化提供了可靠的理论和实验基础。     

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FBG选频的低噪声窄线宽单频光纤激光器

采用未泵浦掺铒光纤作为饱和吸收体压缩线宽,窄带高反光纤光栅作为波长选择器件,通过偏振控制器和偏振相关隔离器控制环形腔中行波的偏振态,利用反馈电路控制980 nm泵浦源的输入电流,以减小铒离子的弛豫振荡对光强波动带来的影响。研制的光纤激光器线宽小于8 kHz,相对强度噪声（RIN）10 kHz内小于-100dB/Hz,1 kHz处1 m程差干涉仪的相位噪声小于-120 dB/（Hz）^1/2,长时间监测无跳模现象,输出激光功率稳定。     

柔性仿生磁性微结构的制备与驱动

根据自然界中一些在黏性介质中游动的生物的运动原理,制备了一种由磁性头部和无磁性尾部构成的柔性仿生微结构,可通过均匀振荡磁场驱动。结合振荡磁场的产生原理建立运动学模型,以分析磁性微结构在振荡磁场驱动下的振荡特性。在驱动过程中分别设置磁场的振荡角为60°、90°和120°,微结构的游动速度随着磁场振荡角的增大而增加。通过研究微结构在驱动过程中的频率响应,确定了微结构在振荡角为60°、失步频率为15 Hz时,获得的最大游动速度为105μm/s,而当振荡角为90°和120°、失步频率为25 Hz时,获得的最大游动速度分别为117和179μm/s。低于失步频率时,游动速度随着频率的增加而增大,但是高于失步频率后,游动速度随之降低。结合微结构的振荡模型,分析了失步的原因,并论证了微结构的振荡角和振荡频率在频率响应中的作用机制。     

高速列车受电弓空腔射流降噪方法研究

高速列车气动噪声作为制约行车提速的问题愈发突出.针对高速列车气动噪声问题,为更准确计算高速列车气动噪声对周围环境影响,按照某车型高速列车尺寸建立1 ︰ 1三车编组模型作为气动噪声源研究对象,研究射流对空腔气动噪声降噪具体方法.基于Lighthill声学理论,采用宽频带噪声源模型、LES大涡模拟及FW-H声学模型,数值模拟空腔射流前后流场特性与声源特性,分析射流降噪的主要原因:根据对车身宽频噪声数值计算得出合理的射流可以有效提高空腔内部流场的惯性力在合力中所占比重,维持腔内流场平稳运动状态降低湍流波动;对250 km/h行驶速度下的受电弓空腔进行32 m/s斜面射流,计算得出距离轨道中心线25 m处监测点声压级数最高降低2.59 dB;分析得出射流降噪前后3.5 m处气动噪声频谱特性仍为宽频噪声,且在32 m/s斜面射流条件下0～2 000 Hz频段内气动噪声平均降低3.32 dB.     

用激光感应荧光法测量钇原子束中的原子速度分布

本文用激光感应荧光法测量了钇原子束的速度分布曲线。其最可几速度为820m/s,速度分布半宽度为510m/s。由等熵关系,估计此时钇原子源的温度为1587K。     

积分球冷原子钟相位调制Ramsey条纹研究

在进行Ramsey作用时,以±π/2的相位差来调制同一频率点处两个周期微波脉冲,可以获得中心频率幅值为零的Ramsey条纹。这种方法可以直接通过中心频率处原子对探测光的吸收值变化来产生反馈本地振荡器的误差信号。理论上,相比于同相位Ramsey条纹,这种方法可以使得条纹信号幅值增加一倍。实验上,在积分球冷原子钟系统上,获得的相位调制Ramsey线型与理论计算相同,而且Ramsey条纹振荡幅值达到同相位下的1.6倍。