光频测量用飞秒激光频率梳光谱扩展实验研究

在光频的绝对测量研究中,本研究小组研制了光谱范围为650~950 nm波段、重复频率为350 MHz的"单块"结构钛宝石飞秒激光频率梳。为了实现其对633 nm波长国家副基准频率的绝对测量,本实验分别采用棱镜对和啁啾镜对进行脉宽压缩,然后注入光子晶体光纤进行光谱扩展。实验发现两者均可扩展出短波长方向的光谱,但棱镜对扩谱结构由于具有较长的"光程臂长"容易受到扰动而造成光纤耦合的不稳定,最终表现为光谱中各波长成分的光强不稳定而无法用于光频测量。啁啾镜对结构紧凑、稳定性强,经过脉宽压缩及光子晶体光纤扩谱,最终获得了光谱覆盖600~950 nm波段、各波长成分强度稳定、各光频齿频率稳定度同步于氢原子钟的可用于光频测量的飞秒激光频率梳     

633nm波长副基准光频绝对测量实验

为了进行光频的绝对测量实验研究,本课题组研制了基于MgO:PPLN晶体的"单块"结构飞秒激光频率梳,在利用稳频电路将重复频率frep和载波包络相移频率fceo同时锁定到氢原子钟上后,其光频齿的频率稳定度同步于氢原子钟。利用该高稳定度"单块"结构钛宝石飞秒激光频率梳对编号为NO.02的633nm激光波长国家副基准装置进行了激光频率的绝对测量实验,得到了5个峰的测量结果,各光频测量结果相对偏差为10-11量级。     

基于飞秒光学频率梳的双通道光频测量设计

基于差频技术的单块飞秒光学频率梳被广泛应用于光频的精密测量领域.通过将飞秒激光的重复频率和载波包络相移同时锁定至原子钟上,可以将飞秒光学频率梳的稳定状态延长至9h.文中提出了一种基于飞秒光学频率梳的双通道光频测量设计,并且针对两种待测光频的不同情况,给出了不同的测量方法.这种设计对将来实现高效率的光频测量具有重要意义.     

基于差频产生的中红外飞秒激光技术研究

针对国内中红外激光光源光谱范围小、脉冲宽度宽等问题,开展了基于差频（DFG）产生的中红外飞秒激光技术研究。差频产生的中红外飞秒激光具有光谱范围宽、脉宽窄等优势。研究了差频技术中选用不同的非线性晶体对产生的中红外激光的影响,在此基础上搭建了一套基于差频技术的、利用PPLN晶体产生的中红外激光的产生系统,利用光栅对压缩脉宽,实现飞秒激光输出。最终获得了波长范围在2.9～4.7μm的中红外飞秒激光,在中心波长3.2μm处获得了最高10.46 mW的输出光平均功率。研究结果为中红外激光光谱测量技术在大气监测、燃烧场组分探测等的应用提供了参考。     

从长度单位米到时间单位秒:稳频激光-飞秒光梳-铯原子喷泉钟-光钟

报道了中国计量科学研究院(NIM)在复现国际单位制(SI)长度单位米和时间单位秒的研究进展,包括稳频激光、NIM4铯原子喷泉钟和飞秒光学频率梳.NIM4钟不确定度达4.4×10-15,NIM在研的飞秒光梳将以优于1×10-13的不确定度实现光学波长向微波频率的溯源.文中还讨论了127I2饱和吸收633nm 3次谐波稳频的HeNe激光波长比5次谐波稳频的更"准确";指出飞秒光梳是从动跟踪系统,描述它的性能指标应当是它的跟踪精度;估计了用"吸收室-原子束-原子喷泉-原子/离子存储"4种不同原理所建频标可能达到的不确定度极限.最后简略展望时间频率基准研究的新动向--光钟.     

"飞秒激光光学频率梳的研究"通过专家鉴定

计本刊讯(记者马靖通讯员卢敬叁)9月12日,由中国计量科学研究院承担的“飞秒激光光学频率梳的研究”顺利通过鉴定委员会专家的鉴定。该研究成果成功将我国633nm氦氖国家激光波长基准的频率直接溯源到国家铯原子时间频率基准,从根本上解决了我国激光波长基准必须通过国际比对才能实现量值溯源的问题。“飞秒激光光学频率梳的研究”是通过飞秒光梳技术使微波频率与光学频率得到链接,实现了激光频率的直接绝对测量,这项技术被科学界视为光频测量领域的突破性成就。“飞秒光梳”技术是世界科技前沿项目,也是计量学研究的重要课题之一。2001年,中…     

“飞秒激光光学频率梳的研究”通过鉴定

2006年9月12日，由中国计量科学研究院承担的“飞秒激光光学频率梳的研究”顺利通过鉴定委员会专家的鉴定。该研究成果成功将我国633nm氦氖国家激光波长基准的频率直接溯源到国家铯原子时间频率基准，从根本上解决了我国激光波长基准必须通过国际比对才能实现量值溯源的问题。     

宽带可调谐光源瞬时波长测量方法研究

激光波长作为“米”基准的重要实现途径之一，其量值准确性在计量校准、精密测量以及光谱探测等领域具有十分重要的意义。目前基于标准物质吸收谱线的波长基准仅能用于单一波长的计量校准，对于宽带光源波长校准手段有限。本文开展宽带连续调谐激光波长校准技术研究，利用飞秒激光频率梳宽光谱、光频可溯源至原子频率标准、稳定性高的特点，对宽带调谐光源在调谐输出时的连续光波长进行测量，最终实现了1 nm带宽下可调谐激光器调谐输出过程中瞬时值的测量，并利用该结果对可调谐激光器在121 GHz带宽的调频非线性度进行了评价。     

拉线传感器变角度工作条件下的校准

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。     

飞秒激光频率梳测量光频用拍频装置的实验研究

飞秒激光频率梳测量光频实验中会遇到拍频信号信噪比低、高信噪比拍频信号维持时间短的问题。本文针对该问题在光路的准直、稳定维持方面采取了相应的光学、机械结构优化以及对拍频信号采取了先滤波后放大的措施;设计了一种拍频装置,并利用该装置进行了碘稳频633 nm激光器e峰频率的绝对测量实验。     

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。     

The BIPM laser standards at 633 nm and 532 nm simultaneously linked to the SI second using a femtosecond laser in an optical clock configuration

A femtosecond laser comb was used in an optical clock configuration to measure simultaneously the optical frequency of an iodine-stabilized Nd:YAG laser at 532 nm and an iodine-stabilized He-Ne laser at 633 nm at the International Bureau of Weights and Measures (BIPM). The noise characteristics of the data corresponds well to those of the reference standards and the lasers under study. In a second series of measurements during which the comb was phase-locked to a hydrogen maser, laser standards at 532 nm and at 633 nm were measured. A standard deviation of 6/spl times/10/sup -15/ during 2 h of measurements for the Nd:YAG laser illustrates well the excellent stability of these standards and, at the same time, the capabilities of the comb techniques.     

单腔双光梳激光器及其应用研究

双光梳技术凭借其超高的频率分辨力与检测精度成为当今科研领域探索的重点。本文分别介绍了利用电光调制、微谐振腔、相位锁定两台独立的锁模激光器、单腔双光梳激光器产生双光梳的方法,重点阐述了基于单腔双波长激光器的双光梳产生方法集成度高、结构较简单、成本低的优势;之后详细介绍了目前单腔双光梳激光器中,双波长腔内运转的脉冲波形复用法、空间复用法、方向复用法、波长复用法和偏振复用法的工作原理及最前沿的研究进展;最后,具体分析了单腔双光梳在光谱学、测距、光纤传感等领域的应用情况,并展望未来单腔双光梳的研究与发展方向,为推动单腔双光梳技术性能的进一步提升和广泛应用提供借鉴。     

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。     

Direct frequency counting with enhanced beat signal-to-noise ratio for absolute frequency measurement of a He-Ne/I2 laser at 633 nm

We obtain a heterodyne beat signal between an iodine-stabilized He-Ne laser at 633 nm and a low power comb mode of an optical frequency synthesizer with an enhanced signal-to-noise ratio (SNR) up to approximately 35 dB. This is accomplished by the adoption of a fiber coupler and the reduction of the shot noise induced by adjacent comb modes. SNR is improved more than 15 dB compared with that of conventional methods. We measure the absolute frequency of the He-Ne laser mentioned above directly utilizing the enhanced SNR. A quantitative analysis of SNR and some information on experimental criteria for the correct frequency counting are given.     

拉曼抑制光频梳微腔的设计与仿真

为了解决回音壁模式下的微腔在产生光频梳时受拉曼效应的影响，尤其在重频GHz时难以产生平滑的光梳谱的问题。首先，设计并调节波导和微环的耦合长度；然后，优化耦合角度，调整微环与波导之间的匹配模式，降低在长波段的耦合Q值，增加拉曼产生的阈值，抑制拉曼效应。通过仿真分析得出，相较于一般的直波导微环耦合结构，设计的弯曲波导微环在短波长处拉曼阈值增加了3倍，且在短波长处产生的光频梳功率提高了20 dB。为回音壁模式微腔结构的设计提供了一定的参考价值。     

Three-longitudinal-mode He-Ne laser frequency stabilized at 633 nm by thermal phase locking of the secondary beat frequency

We present a simple scheme for thermal frequency stabilization of a three-longitudinal-mode He-Ne laser at 633 nm with improved short-term (5 x 10(-11) at 1-s average time) and long-term (124-kHz standard deviation for 10 h) frequency stability. A stabilized output power of 3 mW was readily obtained from the central mode by polarization-mode selection. The optical frequency of the central mode could be precisely tuned by an external frequency reference over 160 MHz with high precision or could be optically phase locked to a reference laser by use of a thermal frequency-stabilization circuit and an external acousto-optic modulator. The laser will be useful in various applications for which a laser source with high power and frequency stability is necessary.