高分辨谐波探测技术在反射光谱中的应用

在对激光器采用电压调制的情况下进行了Cs原子D2线中6S1／2（F＝4）→6P3/2（F=5）电子跃迁反射光谱的二次、四次和六次谐波探测,并通过数值分析得到了低压气体在谐波探测下调制展宽与调制系数的关系,实验结果与理论分析吻合较好,结果表明,选取合适的调制度及高次谐波有利于提高信号的分辨率。     

利用偏振光谱对外腔式半导体激光器实现无调制锁频

将激光器输出频率相对于合适的参考频率标准进行锁定,可以有效地抑制激光器的频率起伏,提高激光器的频率稳定度。对铯原子偏振光谱进行平衡探测,当偏振光谱透射方向与偏振分束棱镜(PBS)偏振面之间的夹角选择合适时,平衡探测后的输出信号即为铯原子D2跃迁线的色散形鉴频信号。实验上实现了波长为852 nm的外腔式半导体激光器对应于铯原子6S1/2(F=4)→6P3/2(F′=5)超精细跃迁线的频率锁定。研究获得在50 s内激光器频率起伏小于±250 kHz,较相同时间内激光器自由运转时的频率起伏3 MHz有显著改善。这种频率锁定的方法不需要对激光器进行调制。     

可移动光学超稳腔的研制及其稳定性测试

可移动超稳腔可以减小环境振动对激光稳定性带来的影响,适合振动强度较大的运输条件。本文展示了一种由低膨胀系数玻璃制作的光学谐振腔,并测试了激光锁定到该可移动超稳腔的频率稳定性。支杆固定于金属热屏蔽罩内的机械设计使其具有良好的稳定性和可移动性。采用短延迟自外差干涉法测量了激光器锁定到超稳腔后的线宽,并且借助振动平台测试其稳定性。实验发现锁定后的激光器线宽和振动频率存在线性关系,激光器线宽会随着振动加速度增大出现饱和效应。去除振动时激光线宽可以恢复到无振动时的数值,证实该超稳腔具有较高稳定性。     

Cs原子选择反射光谱暗共振的实验研究

近年来热原子电磁感应透明(EIT)和相干布局俘获(CPT)已有相当多的报道,在三能级A型系统中,双光场能够诱导原子基态相干并且导致吸收减小.从实验上研究了A型Cs原子气固界面反射光谱中的暗共振现象.实验中将Cs原子蒸气加热到150℃左右,抽运光调谐到6S1/2(F=4)→6P3/2(F'=3)附近,探测光在6S1/2(F=3)→6P3/2并以近垂直入射到Cs炉表面,实验中观察并讨论了抽运光在不同强度和失谐情况下探测光选择反射光谱中的暗共振.结果可知在大的抽运光强的作用下,亚多普勒结构的反射光谱在共振位置出现了明显的感应透明现象.实验结果对研究无多普勒效应的原子相干,以及原子-器壁碰撞,长程原子-器壁相互作用,器壁表面原子速度分布有一定的意义.     

基于里德堡原子的工频电场测量

里德堡原子是主量子数n很大的高激发态原子。里德堡原子由于具有大极化率特性,其对外部电场十分敏感,原子能级偏移与电场直接关联,可以用来实现对电场强度和频率的精确测量。该文通过双光子激发的方式实现室温中铯原子20S_1/2里德堡态的制备,并基于里德堡原子的电磁诱导透明(electromagnetically induced transparency,EIT)光谱实现了工频电场的测量。实验中研究了工频电场的幅值和频率与EIT的频移关系,实现对工频电场强度和频率的测量。实验中EIT光谱频移是测量电场特性的关键,利用电光调制器对探测光相位进行调制,在EIT光谱两侧产生的边带峰与主峰频率间隔则严格等于电光调制器射频源频率,以此频率作为校准基准实现EIT光谱频移的准确测量。设计了一种微型光纤结构的传感器,可以实现电场的远距离测量。该研究方案对室外高压工频电场的可溯源精确测量及工程应用具有重要参考价值,适用于新型电力系统建设的测量要求。     

数字伺服系统实现激光器频率长期锁定

报道了一种用共焦法布里-珀罗(F-P)腔和稳定的He-Ne激光对受控半导体激光器进行长时间频率锁定的方法:稳定的He-Ne激光作为参考标准.通过信号发生器和高压放大器扫描共焦F-P腔,同时将He-Ne激光与受控激光注入F-P腔,得到He-Ne激光与受控激光的透射峰信号,将探测到的透射峰信号输入到数据采集卡中,用LabVIEW软件编写的程序可以确定扫描腔体时所有峰的位置,计算出He-Ne激光透射峰和受控激光透射峰的相对位置.与设定值比较,产生反馈电压信号使受控激光器频率稳定在设定值,将He-Ne激光的稳定性转移到受控激光上.利用此方法,实现了将半导体激光器(DL100)的激光频率稳定在所选择的波数为11716.1706 cm-1的位置,一小时频率漂移小于±2 MHZ.     

电流调制激光引入的非稳散粒噪声的测量

利用锁相放大器,结合对Labview 软件编程,研究了电流调制激光引入的非稳散粒噪 声。通过对噪声功率谱的多次平均和快速傅立叶变换,有效地测量了非稳散粒噪声的频谱特性,研究结果表明非稳散粒噪声具有确定的相位依赖特性。     

采用射频频率调制光谱实现半导体激光器稳频

利用半导体激光器可直接对注入电流进行高速调制的特点，将20MHz射频(RF)信号直接加在半导体激光器的高频调制端口，射频信号的一部分经过相移器后，与雪崩光电探测器(APD)所探测的饱和吸收光谱信号进行混频，经低通滤波器后产生了类色散曲线；将半导体激光器的输出频率稳定在铯原子D2线的^6S1/2(F=4)→^6P2/2(F'=5)的超精细跃迁线上，实验所测的10s内典型的频率起伏小于1MHz；这种稳频技术不需锁相放大器，具有可避免低频段较高的强度噪声和较大的频率捕获范围的优点。     

基于TDLAS的纳米光纤甲烷传感器

展示一种基于可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）的微型化纳米光纤甲烷传感器。在比尔-朗伯定律的基础上，选择1.6μm附近的甲烷吸收线，对分布式反馈半导体激光器（DFB-DL）进行波长调制，使用锁相放大器解调出二次谐波信号，建立一套完整的基于纳米光纤的TDLAS系统。使用该系统测量室温下不同入射功率和不同压强对二次谐波信号的影响，同时获得了该系统的压力展宽系数和压力频移系数，发现直径较小的纳米光纤可以对甲烷产生更强的吸收。所设计的纳米光纤传感器是一个在低功率条件下进行微量气体测量的有力工具，在气体种类分析和定量分析方面有着巨大的应用潜力。