环形激光器频率稳定度的高精度测量

以633 nm碘吸收稳定激光器作为标准,通过将待测的环形激光器与之进行拍频,建立了一套检测灵敏度很高的高精度激光频率稳定度检测系统.该系统采用宽带雪崩光电二极管接收拍频信号中的差频信号,经过信号处理后利用高精度频率计实现拍频频率的测量,试验结果表明:该系统的检测频宽可达到800 MHz,频率稳定度的测量精度达到10-11量级,最小可检测激光功率为0.1μW量级,为进行环形激光器高精度稳频回路的研究提供了重要的检测手段.     

半非平面单块激光器快速频率调谐的实验研究

在半导体激光器抽运的Nd∶YAG晶体半非平面单块固体环形激光器上 ,采用粘贴压电陶瓷 (PZT)的方法实现了快速激光频率调谐。对尺寸为 13mm× 14mm× 3mm的单块激光器粘贴了厚度为 0 5mm压电陶瓷 ,并观测两台单块激光器之间的拍频信号。当调制频率小于 10 0kHz时 ,对压电陶瓷施加峰值为 5V的正弦调制信号 ,可观测到大于 10MHz的马鞍形展宽拍频信号 ,对应的PZT调谐系数大于 1MHz/V。当调制信号频率过高时 ,例如频率大于 10 0kHz,拍频信号变得非常不稳定 ,说明激光频率产生了明显的漂移 ,且拍频信号展宽的形状也发生了变化 ,拍频信号的中心部分由凹陷变为凸起。实验观测到的调制响应带宽约为 10 0kHz。     

高精度的时域频率稳定度测量仪的研制

目前对时域频率稳定度测量仪的主要要求是测量范围宽,可同时进行短期和长期稳定度测量,测量精度高,可以进行无间隙测量,可以和上位机通讯等。本文主要基于差拍法研制了一个稳定度测量仪器,对整机的设计和两个关键技术即高稳定度的频率合成器的研制和高分辨率具有无间隙测量能力的拍频测量装置的研制做了详细介绍。整机的本底稳定度约为1.3×10-10/ms,4.0×10-11/10ms,5.5×10-12/100ms,1.8×10-12/1s,5.0×10-13/10s,测量范围是1MHz到30MHz。与国内外的主要产品比较,它主要具有宽测量范围和可无间隙测量的优点。     

基于铷原子调制转移光谱技术的1560nm光纤激光器频率锁定研究

1560 nm窄线宽激光器作为光学C波段的重要波长成分,在光纤传感和激光雷达等领域有着广泛的应用,实现该波段的激光稳频对光谱学和精密测量具有重要意义。本文采用1560 nm窄线宽光纤激光器作为种子光源,倍频至780 nm波段后,利用调制转移光谱（MTS）将倍频光锁定在铷原子(⁸⁵Rb)D2线的3-4交叉峰上;并研究探测光和泵浦光功率比、调制解调信号的频率和幅值来优化MTS信号,最终同时实现1560 nm光纤激光器的频率锁定及780 nm的稳频输出。激光器稳频后与低噪声精密锁定的光学频率梳进行拍频,通过频率计测量拍频信号并进行Allan方差分析,积分时间为10 s时,相对频率稳定度为1.4×10^-11。     

我国首次研制出实用性相干光纤通信激光信号源

南京工学院在北京大学和中国计量科学研究院协作下,在我国首次研究成功了 1.52μmH_e-N_e激光相干光纤通信信号源。其指标为:单模输出功率0.45mW,频率稳定性为10~(-10)量级(1秒和10秒取样时间),二台激光器的拍频线宽小于 1MHz,拍频漂移量小于 1MHz,室温下连续工作24 小时以上不跳模。其外     

1645 nm单纵模NPRO激光器短期频率稳定度的测量

利用光纤延时自外差法对单块非平面Er∶YAG环形振荡器(NPRO)输出单纵模激光的短期频率稳定度进行了测量。激光器输出波长为1645 nm。测量了延时时间分别为0.25 μs,0.75 μs,1.25 μs,1.75 μs,2.25 μs,2.75 μs,5.25 μs,7.25 μs,9.75 μs,108.5 μs,166 μs 的输出激光的自外差拍频信号。设置频谱仪的span为20 kHz,扫描时间为10 s,Res BW为51 Hz,VBW为1 Hz,测量拍频信号的3 dB带宽。在延时时间0.25~9.75 μs范围内,通过线性拟合在不同延时下的3 dB带宽,得到单纵模NPRO激光器的短期频率稳定度为201 Hz/μs。光纤延时长度为21.7 km和33.2 km时,测量的3 dB带宽约为14 kHz。     

碘分子吸收稳定中红外差频激光频率

差频光源用于大气分子稳定同位素丰度研究需要频率稳定的连续输出的空闲光。基于连续可调谐钛宝石激光器和单频连续Nd:YAG激光器建立差频系统,为了稳定差频系统产生的红外光源的波长,利用MgO:PPLN作为倍频晶体,采用有多普勒展宽的碘分子吸收稳频方法,结合数字比例-积分-微分(PID)反馈控制技术,将Nd:YAG激光器的频率漂移量稳定在1.2MHz/h内,稳定度为4.26×10-9。实验结果表明:增加对压电陶瓷(PZT)的调制电压时,Nd:YAG激光在1h内的频率漂移量迅速减小,超过1V后漂移量趋于稳定;改变对PZT调制频率没有获得较高的稳定度。将频率稳定后的Nd:YAG激光用于产生3.42μm附近的差频光源,通过对低压下CH4气体分子吸收谱线的测量,去卷积运算得到差频系统的线宽约为6.9MHz。实验结果既为该方法用于稳定激光频率提供了重要的参考,又为痕量气体探测提供了频率稳定的差频光源。     

一种调频连续波干涉仪激光波长稳定性测量方法

针对调频连续波干涉测量系统中半导体激光光源存在波长漂移的问题,提出了一种基于干涉腔的调频连续波激光波长稳定性测量方法。首先推导了波长漂移量的测量理论,确定了位移-波长漂移量的变化系数,然后设计了拍频信号波长漂移量的解调算法,最后搭建了调频连续波干涉腔测量系统并进行了实验验证。结果表明,波长漂移量的测量分辨率为0.016 pm,波长漂移解算速度达50/s（测量时间为0.02 s）,相比光学拍频法和干涉比较法,测量速度有较大的提高。激光器持续工作1 h,测量标准差为0.049 pm,平均中心波长稳定性在0.19×10^-6内。该方法在光纤传感和精密干涉测量领域有较好的应用价值。     

短光纤延时自外差测量单频激光器频率漂移

基于光纤延时自外差和相位解缠绕技术,提出了一种采用较短的光纤延时线测量单频激光器输出激光频率漂移的方法。从理论上给出了该测量方法的工作原理并分析了测量精度的影响因素;利用一台频率变化可知的激光器对该方法进行了实验验证,实验结果表明该方法能够准确测量激光频率随时间的实际变化曲线;基于此方法,采用6 m的光纤延时线,对一台1550 nm波长的单频激光器频率漂移特性进行了3 h连续测量,得到该激光器长期频率漂移结果为75 MHz/h,与其频率稳定度出厂指标50 MHz/h基本相符。     

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。     

基于纵模拍频控制的激光稳频技术

介绍了一种新的双纵模激光稳频技术:基于激光频率与纵模频率间隔的对应关系,通过精密锁相控制技术将两相邻纵模的拍频频率锁定在射频频率标准上,以控制激光谐振腔腔长,实现锁定激光频率的目的.理论分析表明,激光频率稳定度与两相邻纵模拍频频率的稳定度相同;实验上以射频频率标准为参考,精密锁定了He-Ne激光两相邻纵模的拍频频率及激光频率,且对采用该技术稳频的两套He-Ne激光系统进行了比对.实验结果表明,激光频率的稳定度为5×10-10(1 s积分时间),5×10-11(100 s积分时间).     

环形激光测磁系统的信号检测与稳频

本文介绍了在环形激光测磁系统中使用共同的光电检测器和预放器检测磁场信号和激光频率漂移的方法,详细介绍了系统中所用的无静差数字式稳频器。磁场产生的拍频的测量精度可达到2×10~(-5)±1Hz,1秒钟采样时激光频率稳定度可达到5×10~(-9)。     

Performances of a frequency offset locked He-Xe laser system at 3.51 µm

A highly stabilized frequency offset locked He-Xe laser system was constructed for high resolution laser spectroscopy of H2CO [5_{1,5}(upsilon = 0) rightarrow 6_{0,6}(upsilon_{5}= 1)] at 3.51μm. It is composed of three He-Xe lasers. The first laser is H2CO-stabilized and is used as a frequency reference in the system. The second laser is frequency offset locked to the first laser by using the beat frequency between these lasers, and is used as a local oscillator. The third laser is frequency offset locked to the second laser, and is used to observe the H2CO spectrum by slowly varying the beat frequency between these lasers. The frequency stability of the first laser, measured against a similarly stabilized and synchronously modulated laser, was1.0times10^{-14}attau = 100s, where τ represents the integration time. The frequency traceability of the second laser to the first laser was expressed as8.0times10^{-13} cdot tau^{-1}for 10 msleq tau leq 100s. It was found that this value of the traceability was independent of the frequency modulation of the first and second lasers. The frequency traceability of the third laser to the second laser was nearly equal to that of the second laser described previously. The variable range of the frequency of the third laser was 19 MHz. In this range, the frequency traceability of the third laser to the second laser was independent of the beat frequency between these two lasers. From these results, it was concluded that this system can be used for the observation of the H2CO spectrum.     

密集波分复用激光光源的声光偏频无调制频率锁定

利用声光调制器(AOM)的偏频特性,以CH4分子吸收线R9支一条强吸收线(λ=1.6378μm)作为参考频率,实现了对外腔式半导体激光器的无调制频率锁定。实验中在100 s内典型的频率起伏小于5.6 MHz,较激光器自由运转时的频率起伏34 MHz有了显著的改善,而误差信号的阿仑(Allan)方差平方根(即稳定度)在平均积分时间为16 s时达到最小值5.75×10-10。该方法实现了基于气体分子吸收线的半导体激光器无调制锁频,并且CH4分子在1.6~1.7μm处有丰富的振转光谱,满足光纤通信中对激光器输出波长的要求,可应用于光纤通信中激光光源的频率锁定。     

两台独立激光器拍频线型对线宽测量的影响

根据两台独立激光器拍频的理论模型,计算得到了洛伦兹线型和高斯线型的拍频线宽随衰减值的变化关系。为了提高激光线宽测量精度,在未知拍频线型时应选取较小的衰减值计算激光线宽;在已知拍频线型的情况下可选取较大的衰减值计算激光线宽。实验上采用窄线宽半导体激光器拍频测量其激光线宽,根据几个特殊衰减值处的线宽比值关系来判别拍频线型。选用较大衰减值处的拍频线宽计算激光线宽,测量结果与仪器出厂指标相比,误差仅为0.23%。该方法对其他线型仍然适用。     

用改变激光等离子体折射率的方法稳定He-Ne激光器的频率

本文介绍一种Zeeman He-Ne气体激光器新的稳频方法,通过控制激光等离子体介质的折射率来稳定激光器的频率。系统使用普通单模He-Ne激光管,不需要特殊加工的、带压电陶瓷(PZT)的稳频激光管。由于采用了锁相技术,它的自差拍频率的变化率小于1Hz,其光频的稳定度为2.2×10~(-11)(取样时间τ=10s)。两个月内,频率再现性为2×10~(-8)。频率锁定点可在大于200MHz的范围内连续调谐。     

二种单频外腔式He-Ne激光器的自稳频原理再分析

作者用高气压加纵向非均匀磁场获得了二种单频、自稳频高输出功率的外腔式He-Ne激光器,1m激光器的频率非稳定度为6.175×10-9(τ≤10s)和3.38×10-9(τ≤1s);1.8m激光器的频率非稳定度为1.1×10-8(τ≤1s)和2×10-8(τ≤10s),所有数据由中国计量科学院测定。本文是继文献[1],[8],[9]和[10]发表后,对这两种激光器的自稳频原理的再分析。     

基于调节转移技术稳定激光二极管的频率

阐述了利用调节及转换技术稳定激光二极管发射器的频率 ,这种发射器可以发射纳米波长的激光。通过分析两个相互独立的激光器系统中存在的振动信号 ,知道该振动信号已揭示了在 0 .0 9秒的时间内有 10 - 1 1 秒的时间频率是相对稳定的 ,并且在 1秒的时间内似乎可以得到 10 - 1 2 的最低干扰频率。为避免产生共振 ,充分吸收铯元素的D2 线作为频率参考及非线性光谱研究     

532 nm碘分子光频标

建立了两套可搬运型碘分子稳频的532 nm固体激光频标装置,其中一套采用了自行研制的半非平面单块固体环形激光器作为光源,在该激光器中采用密封隔离罩消除了气压抖动造成的影响。在两套装置中,利用折叠光路实现了4倍碘室长度的1.8 m的实际光学吸收程,大大提高了误差信号的信噪比。设计并建立了主动温度反馈控制系统,有效抑制了电光相位调制器中剩余幅度调制的变化。两套系统频率同时锁定在碘分子的超精细谱线R(56)32-0的a10分量上。连续不间断15×104s的拍频测量结果表明:1 s采样时间的激光频率稳定度的Allan方差优于2.4×10-14,大于200 s采样时间的激光频率稳定度的最小Allan方差典型值可达到4×10-15。