小型化碘稳频532nm固体激光器

传统532nm波长碘稳频固体激光频标装置虽然能达到很高的频率稳定度和不确定度,但装置比较庞大,不便搬运。而对于一些对激光频率稳定度要求不高的实际应用,如绝对重力仪等,缩小装置的体积以易于搬运,成为更为关注的因素。建立一套小型化532nm固体激光器,该系统体积小巧,易于搬运。通过与原有碘稳频532nm固体激光标准装置的进行拍频测量实验,得到1s的阿伦偏差为2.4×10-12,并计算得到该激光器的频率绝对值为563260223436kHz,对应的频率不确定度为52kHz(包含因子k=2)。该系统已被用于中国计量科学研究院的绝对重力仪中。     

飞秒光学频率梳在精密测量中的应用

飞秒光学频率梳通过锁定飞秒锁模激光的重复频率和偏置频率至微波频率基准,在时域上得到重复频率稳定的飞秒脉冲激光,在频域上得到频率间隔稳定的激光频率梳。飞秒光学频率梳作为微波频率与光学频率的桥梁,可以实现对激光频率的直接精密计量,同时作为一种有别于传统连续波稳频激光的特殊激光光源,在激光频率标尺、绝对距离测量和精密光谱测量等光学精密测量领域都有着重要应用。综述了飞秒光学频率梳在若干光学精密测量应用中的研究进展、关键技术和研究动向,分析了其在未来光学测量中的重要作用。     

采用射频调制实现对单频激光器频率噪声的抑制

在使用铷原子饱和吸收谱线作为激光频率参考进行稳频的激光稳频系统中,环路带宽是影响激光输出频率噪声的重要因素之一。对激光稳频系统中限制环路带宽的主要因素进行分析,使用射频调制信号直接调制商用外腔半导体激光器的高速电流调制端来对激光稳频系统的环路带宽进行拓展。根据对稳频环路的分析,合理设置反馈电路,实现激光稳频。使用低频谱分析仪对稳频后的鉴频信号进行分析,发现带宽拓展后,在傅里叶频率为5kHz处对频率噪声的抑制度达到了20dB以上。通过将该稳频激光器输出的激光与锁定在极稳恒温晶振上的飞秒光学频率梳进行拍频,测量了该稳频激光相对光梳的频率噪声,测量结果与直接分析鉴频信号的结果吻合。经过测量,通过拓展带宽抑制频率噪声,稳频激光器的短期频率稳定度得到改善。最后,测量了稳频激光相对于锁定在恒温晶振上的飞秒光学频率梳的频率稳定度,Allan方差在平均时间1s时达到4.52×10~(-12),在平均时间20s时达到1.65×10~(-12)。     

半导体激光器稳频技术

窄线宽稳频激光器在精密干涉测量、光学频率标准、激光通信、激光陀螺、激光雷达、基本物理常数测量和冷原子系统等研究领域有着广泛的应用。自由运转的半导体激光器每天的频率漂移量可以达到GHz,因此研究半导体激光器的稳频具有十分重要的意义。以780 nm的半导体激光器稳频为例,介绍了目前广泛使用的各种半导体激光稳频技术的基本原理及试验方案,如消多普勒饱和吸收光谱稳频技术、消多普勒双色谱稳频技术、调制转移谱稳频技术、调频光谱稳频技术和频率-电压转换稳频技术,并对各种稳频方法的性能和特点进行了分析。     

186 MHz低幅度噪声掺铒光纤飞秒激光器

飞秒激光器是激光频率测量系统——飞秒光梳的核心部件,其噪声、重复频率、脉冲宽度、光谱等参数决定了它在应用中的表现。报道了用于9.2GHz基于光学腔超稳微波源的掺铒光纤飞秒激光器的研制。该激光器采用环形腔结构,重复频率为186MHz,直接输出功率为120mW,光谱中心波长为1550~1600nm。采用动态信号分析仪测试了双边带噪声功率谱,结果显示:研制的飞秒激光器自由运转时,1 Hz处双边带幅度噪声为-118dBc/Hz,在10Hz到100kHz频率范围内幅度噪声小于-130dBc/Hz。     

半导体激光器的原子法拉第反常色散光学滤波器光反馈稳频

为提高半导体激光器的频率稳定性，利用原子法拉第反常色散光学滤波器（FADOF）超窄带的选频透射特性，将其置于半导体激光器的外腔中作选频元件，采用光反馈的方法，使得透射率低的激光频率分量被抑制，透射率高的激光频率分量被加强，有效地实现了光反馈激光稳频。利用Cs原子法拉第反常色散光学滤波器工作于D2线852nm的4峰窄带透射状态。通过调节半导体激光器的温度和电流，调谐半导体激光器的输出波长，将激光器锁定在任何一个透射峰上，用26％的光反馈量，使稳频后的激光频率长期稳定性保持在75MHz／2h以内，而且采用这种稳频方法的输出激光中心波长一直稳定在频率基准上，没有单方向漂移。同时，还实现了Cs原子法拉第反常色散光学滤波器稳频半导体激光器结构的一体化，使其具有实用性。     

480nm激光器的双光子DAVLL谱稳频

480nm激光的稳频对于实现铷原子从基态双光子相干激发到里德堡态必不可少。本工作基于梯形构型下的电磁诱导透明现象,一种新的480nm激光器稳频技术采用偏振谱稳频的780nm激光作为探测光而480nm激光则作为耦合光,在外加偏置磁场作用下产生的双光子双色原子气体激光锁频（DAVLL）谱方法,将该谱信号通过比例-积分-微分电路后反馈回480nm激光器即可实现稳频。在频率锁定后,480nm激光器和780nm激光器长时间稳频的总线宽为1MHz左右。     

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.     

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.     

外腔半导体激光器设计与高次谐波稳频

研究了利特罗(Littrow)结构外腔半导体激光器的结构参量对激光连续可调范围的影响。给出了反射镜转轴等处的机械加工误差对激光波长连续可调范围所造成的影响的数值计算结果。介绍了半导体激光器外腔结构设计的具体细节要点。利用该设计制作的外腔只需要配合商用半导体激光管便可以得到优质的780nm激光输出,经测量其线宽小于1MHz,连续可调谐范围大于3GHz。利用腔外Rb饱和吸收谱的三、五次谐波稳频方法对半导体激光器进行了稳频。其中提出了优化激光频率短期稳定度的方法,并对调制深度的选择给出了详细的理论解释。根据该优化方法设计出稳频系统对半导体激光器进行稳频,得到了稳定度达到10-12量级的半导体激光输出。     

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).     

基于共焦法布里-珀罗腔的无调制激光频率锁定

将激光器锁定到合适的参考频率上,可以有效改善激光器的频率稳定性。对于共焦法布里-珀罗(CFP)腔,沿腔轴的光路与同腔轴有一小夹角的光路对应的光程不同,因此二者对应的腔共振透射峰的频率之间会发生相对频移。这一特性可用来产生以共焦法布里-珀罗腔作为频率标准稳定激光频率的类色散型鉴频曲线,而不需要对激光频率或者共焦法布里-珀罗腔长进行调制扰动,也无需采用相敏探测。实验中实现了自制的852 nm光栅反馈半导体激光器相对于共焦法布里-珀罗腔的无调制频率锁定,由闭环锁定后的误差信号分析,30 s内典型的频率起伏小于340 kHz,较相同时间段内激光器自由运转时的频率起伏(约10 MHz)有了显著的改善。还通过调节入射到共焦法布里-珀罗腔两光束之间的夹角来改变频移量,对不同频率间隔下的类色散型鉴频曲线的斜率以及对激光器锁频后的频率稳定性作了比较。     

同步抽运锁模的掺镱光纤激光器

同步抽运锁模是一种调制增益的锁模技术，就是调节抽运光的调制频率使之等于激光器纵模间隔的整数倍。通过对抽运光源半导体激光器的驱动电流进行正弦调制，实现了掺镱光纤激光器(YDFL)的同步抽运锁模。通过调整抽运激光器的调制频率，在相应于二次谐波锁模，4阶有理数谐波锁模条件下分别得到了较窄的脉冲输出。对重复频率625kHz的二次谐波锁模脉冲序列，脉冲宽度小于20ns，约为抽运光宽度的1／40；平均输出功率2．34mw，能量转换效率约为5％。     

基于精密波长计的外腔半导体激光长期稳频系统

为抑制连续激光器的长期频率漂移,以精密波长计为参考频率标准,由计算机控制可实现连续激光无调制稳频.此方法从计算机获取波长计数据,利用数字比例积分微分(PID)计算出输出给激光器的反馈电压值,从而修正激光器腔长、实现激光器频率的锁定.此方法可用于目前商业激光器光谱范围内的任意波长,能在激光器频率可调节范围内任意频率点进行锁定.用此方法实现了对631 nm外腔半导体激光器的锁定,获得了1h频率不确定度为7.4 MHz、长期频率漂移率为±1.1 MHz/h的稳定锁定.     

用单片机实现频率控制

就采用单片机进行信号处理的光电子控制系统做了分析研究，采用该系统的激光器频率长期稳定度优于10^-9，控制系统工作稳定。     

48 fs,108 MHz色散管理孤子掺Er3+光纤激光器

提出了一种基于商售光纤构建的适用于精密光谱光频梳应用的100 MHz重复频率色散管理孤子光纤激光器的设计方案.通过采用低负色散光纤调控重复频率、高正色散光纤增大腔内脉冲呼吸比,构建了重复频率为108 MHz、中心波长为1550 nm的基于正色散掺铒光纤的色散管理孤子光纤激光器,该激光器腔内净色散为-0.0023 ps2,直接输出脉冲宽度为70 fs,经光纤压缩后脉冲宽度为48 fs,且脉冲中心波长处在1550 nm.     

陶瓷多通道折叠射频波导稳频脉冲CO2激光器研究

为了研究可用于红外激光外差成像雷达、由腔倒空脉冲工作模式的主振激光器和处于连续工作模式的本振激光器组成的射频波导稳频脉冲 CO2激光器,采用输出端腔外准折叠和主、本振全反射端共用同一块原刻闪耀光栅的方法,分别缩短了器件的长度和提高了主、本振激光器的外差频率稳定性。通过调节CdTe调制器上的高压脉冲下降沿时间,可以使主振得到宽脉冲的腔倒空激光输出,本振通过插入压电陶瓷来实现系统的外差中频信号的偏频锁定。主振在腔倒空模式下工作重频可达到70kHz,得到脉冲峰值功率达到2.5kW（脉宽约为30ns）、主本振外差中频（120MHz）频率漂移在短期内小于1MHz 的结果。结果表明,研制的激光系统可以满足外差成像雷达系统的特殊要求。     

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。