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。     

用差频腔产生覆盖633nm光谱的飞秒激光频率梳

飞秒激光频率梳被认为是连接光频和无线电频率的一个超精密齿轮,比较了自参考法锁相稳频飞秒激光频率梳和差频法单块结构飞秒激光频率梳的特点,前者光谱范围宽,但稳定性较差;后者稳定性较好,但光谱范围较窄。在差频腔单块结构飞秒激光频率梳的基础上,通过使用腔外压缩色散补偿方式压缩激光脉冲宽度,然后重新注入光子晶体光纤进行光谱扩展,获得了覆盖633nm波长的更宽的光谱范围,为633nm波长激光频率测量创造了条件。     

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。     

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     

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.     

基于复合式微纳光纤锁模器件的单腔多光频梳技术研究

光纤滤波器与锁模器件作为实现波长复用式单腔双光频梳光源的核心组件受到了研究者们的广泛关注。针对传统滤波器对偏振敏感、制作工艺复杂的问题,研制了一种基于微纳光纤的复合式器件,采用熔融拉锥方式进行微纳器件的制作,利用模间干涉产生滤波效应,利用热泳效应实现光沉积。将该复合器件应用于环形腔中,实现了1532,1543,1555 nm 的多波长锁模,且在不同偏振态下,波长漂移均不高于0.2 nm。该复合器件为实现单腔双光频梳、单腔三光频梳提供了新的解决方案,对于促进多光频梳技术在精密测量等领域的应用具有重要意义。     

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。     

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。     

"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…     

宣布式纠缠单光子源及量子化光辐射量值溯源体系研究

针对fJ(飞焦)至单光子极弱能量测量及溯源需求,提出一种纠缠单光子源.通过基于冷原子团的自发四波混频效应产生波长795 nm的宣布式纠缠光子对,采用背景辐射抑制与实时补偿、高精度激光稳频、时序脉冲精密同步获得窄线宽、高质量的单光子源.在此基础上,研究了纠缠光子源参数校准方法,进一步建立以量子基准为基础的全新光辐射量值溯...     

绳锯线弓角静态测量方法的研究

金刚石绳锯在切割圆弧板材时,受到进给方向的阻力,形成"线弓角",使板材中部产生"过切",严重时导致材料报废.为解决这一问题,提出了线弓角的概念,从理论上提出了一种基于悬臂式力传感器的绳锯线弓角的静态测量方法,通过轴力传感器输出的电压值计算出线弓角度.试验在自行设计和搭建的绳锯线弓角测量平台上进行,用钢丝绳模拟串珠绳产生线弓角,并进行导轮受力与线弓角关系的静态测量试验分析,以验证该方法测量线弓角的可行性.试验结果表明:在一定范围内,串珠绳初始张紧力越大,线弓角的计算值越接近理论值.因此,采用所提出的测量方法,当装有轴力传感器的导轮处在刚好与钢丝绳接触的状态下,选择合适的初始张紧力,可以测得较准确的角度值.     

FBG应变挠度法标定及过程仿真

介绍了一种基于挠度分析的等强度悬臂梁FBG传感器应变标定测试方法和装置,研究了FBG传感器应变传递过程中的相关参量的仿真分析方法,精确测量了应变传递过程中的相关参量,并且针对不同载荷下的等强度悬臂梁的表面应变和挠度进行了理论分析和仿真。同时解析了挠度与梁表面应变、FBG传感器应变的关系,给出了标定后FBG传感器的应变灵敏度,并对挠度法测量FBG传感器的标定结果进行了不确定度评定。当包含因子k=2时,FBG传感器应变灵敏度的相对扩展不确定度＜0.5％,能够满足高精度的应变测试要求,为高精度FBG传感器的应变标定提供了技术支持。     

基于精密离心机的线加速度计交叉耦合系数的校准

介绍了精密离心机上进行加速度计交叉耦合系数的校准方法。分析了试验半径反算法、回归迭代法的测量步骤及处理方法并根据加速度计的试验半径,对交叉轴、横向轴安装状态下,安装标称位置对准误差产生的原因进行了分析,并研究了对准误差对二次项系数测量的影响。最终确定了建模方法,并对校准结果作了不确定度分析。     

Nanoradian angle sensor and in situ self-calibration

We describe a high-precision angle sensor and a new calibration system for calibrating the linearity error of an angle sensor under in situ conditions without the need for accurate reference instruments. To achieve accuracy in the nanoradian (nrad) order, we elongated the critical-angle prism to increase the sensitivity, and we added a thermal controller to the angle sensor. This served to suppress thermal drift of the light source to improve stability. The proposed angle sensor demonstrated a stability of 3 nrad over 1 min, and the maximum repeatability error of the calibration curve determined by the in situ self-calibration method was approximately 35 nrad with a measurement range of 500 murad.     

Study on the method of precision adjustment of star sensor

Star sensors are indispensable spatial measurement sensors for high-resolution earth observation and astronomical observations, and the demand for high measurement accuracy of satellite sensors continues to increase; thus, the star sensor optical machine adjustment error cannot be ignored. The commonly used installation error correction method cannot solely meet the precision analysis requirements. In this paper, the relationship between the optical machine installation and the star sensor measurement error is analyzed, and several common adjustment error correction methods are compared. An adjustment method for optical machines is proposed to meet the requirements of very high precision star sensors. The assembly precision requirements of the investigated very high precision star sensor are analyzed considering the whole machine, and then the optical components are controlled through optical precision adjustments to satisfy the precision requirements. Finally, through the complete machine calibration, the star sensor precision adjustment for an optical machine structure is verified. This method meets the requirements of very high precision sensors and is suitable for the precision adjustment of optical machine structures, which is of practical significance to improve the precision of star sensors.     

基于线振动台的液浮陀螺仪二次项误差系数标定方法研究

为提高液浮陀螺仪静态误差模型系数中二次项系数的标定精度,提出了线振动台振动整周期的方法来标定液浮陀螺仪。在充分考虑线振动台的寄生转动和垂直度误差,测试时产生的角振动以及陀螺仪的安装误差的基础上,设计了六位置法来标定陀螺仪二次项系数的标定方案。该方法抑制了线振动台的寄生转动、测试时产生的微小角振动以及陀螺仪的安装误差对标定精度的影响,能够提高液浮陀螺仪在线振动台上测试的精度。最后进行了相应的误差分析,验证了该方法能够准确的标定出陀螺仪的二次项误差模型系数,标定精度可达10~(-4)(°/h/g~2)数量级。     

线激光位移传感器像素当量标定方法

为了满足线激光位移传感器的应用测试需求,提出一种基于高度块的线激光位移传感器像素当量的现场标定方法。其中,高度方向上的像素当量利用台阶高度进行标定,以修正厂家设定的像素当量的线性误差;宽度方向上的像素当量则利用台阶块结合传感器的横向移动位移的计算方法得到。考虑到线激光位移传感器可能存在安装倾斜误差,利用台阶块宽度在不同位置的高度差对倾斜角进行了标定,并修正了由倾斜角引入的高度测量误差。经实验证明,本文提出的方法很好地解决了线激光位移传感器在多位置测量时轮廓不连续的问题。     

相机与星敏组合体结构件常压热变形复合测量试验方法

针对某型号卫星相机与星敏组合体结构件的热变形试验需求,提出了一种常压热变形复合测量试验方法.在地面常压环境下,采用经纬仪、数字摄影测量相机、激光位移计共3种测量设备,通过搭建测控系统,设计试验工况,制造温度拉偏,精确复合测量试件在各种温度工况下的热变形情况,并进行相互验证,消除外部环境干扰等因素引起的试验件的位移,为验证热变形分析、改进设计提供支撑数据.试验按照试件温度状态分为4个工况、20个子工况,测量得到常压环境下相机、星敏间夹角最大变化量为200″.试验表明,该常压热变形复合测量试验方法完全满足卫星结构热变形的测量需求,探寻了相机与星敏间夹角变化与温度变化间的规律,试验数据与计算结果吻合,并为复杂几何形体的机械零件热变形测量提供了新的测试方法与手段.     

伺服电机转子位置检测的误差分析与补偿

针对伺服电机转子位置检测中存在安装不方便、成本高等问题,提出了基于隧道磁阻效应和时栅技术相结合的转子位置检测单元的设计方案。将空间正交的一对TMR传感单元嵌入在电机的前端盖上,实现嵌入式位置精密检测。根据检测单元转子位置解算原理,分析了检测单元的安装误差、电气误差、电磁噪声误差等引起的误差成分。提出了基于超限学习机的误差补偿方法,通过对真实值和测量值样本的训练得到模型最优参数,根据模型参数建立转子位置的误差模型。利用所得到误差模型实现对转子位置的误差补偿。实验结果表明,在2000r/min匀速工况下,补偿前转子位置最大测量误差为4.64°,补偿后转子位置误差为0.315°,精度提升了93.2%,为伺服电机转子位置检测提供了新的方法。     

基于矢量误差修正的实时负载牵引测量模型方法

提出了一种新型基于矢量误差修正的负载牵引测量模型方法。相比于传统负载牵引测量系统,该方法从8-term矢量误差模型入手,建立接收机与被测件端口处电压波的函数关系,通过对矢量网络分析仪进行矢量校准和对内部接收机进行一次绝对功率校准,可实时测量被测件的输入/负载反射系数,输入/输出功率及功率增益、效率等。按照模型方法搭建了相应的硬件系统,与商用Focus的类似系统进行了比较验证,实验结果表明具有良好的效果,证明了所提方法的准确性。