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。     

一种新的6轴冷原子干涉仪惯性测量方法

为乐同时检测载体的3轴加速度和角速度,提出了一种测量6轴惯性参数的冷原子干涉实现方案.该方案通过对两束对射的冷原子施加多束不同类型和方向的空间域Raman脉冲,使冷原子适当的分柬合束,构造出多个有效干涉平面指向不同轴的子干涉仪.推导了各个干涉仪的干涉相位差与对应的惯性参数的关系,给出了通过干涉相位差得到各个轴的加速度和角速度的原理.在前面5个轴惯性参数测量的基础上,提出采用与x,y轴成45°脉冲实现对x轴加速度的测量.通过对干涉仪的分束、构造和干涉测量的各个过程理论分析表明,所提出实现方案能够实现对3轴加速度和角速度的测量.     

用于冷原子干涉仪的声光调制器数字驱动系统

为了满足冷原子干涉实验对激光移频的需求、实现移频速率的精确可控,设计并实现了一个带有操作界面的声光调制器数字驱动与控制系统。该系统由三个部分组成,分别是上位机,微处理器控制芯片,射频信号产生芯片。其中上位机用于收集控制信息;微处理器控制芯片用于根据上位机发送来的控制信息实现对射频信号产生芯片的控制、产生驱动声光调制器晶体的射频信号,从而实现对实验中所需的激光进行移频。该系统可输出频率为0~150 MHz且相位噪声低至-116 dBc/Hz的射频信号,同时可有效控制输出信号的幅度、相位和扫频速率等,该系统提供了满足冷原子干涉实验需求的多种工作模式。     

低膨胀固体材料线膨胀系数的干涉测量方法

固体材料的线膨胀系数在精密仪器产业及高精度实验领域是一个非常重要的物理量,要实现对线膨胀系数较低的固体材料进行测量,通常采用激光干涉的方法。采用光路补偿的方法,即激光干涉仪中两干涉臂同支架来测量低膨胀固体材料的线膨胀系数,不但能够抵消支架膨胀对材料受热伸长的影响,还有效地抵消了地面振动对干涉仪的影响,并能够对线膨胀系数在10-6/℃量级的材料的线膨胀系数进行测量。如果改进试验工艺,且采用条纹稳定技术,该方法可以用于更高量级的线膨胀系数的测量。     

激光干涉条纹锁定系统测量地面低频振动谱

地面振动噪声是在地面高精度实验中一个重要的误差来源,安静环境下地面振动噪声水平的幅度为纳米量级,通常干涉仪无法直接测量.设计并制作用于了纳米精度测量的激光干涉仪反馈控制系统,该系统由激光器及稳频装置、干涉系统、检测及控制电路和位移反馈执行机(压电陶瓷)组成.采用一个长周期的折叠摆对水平方向0.3 Hz以下的振动频率进行...     

用于冷原子干涉仪的拉曼激光的注入锁定

原子干涉仪通常采取拉曼脉冲序列对原子波包进行相干操作,高功率的拉曼光可让更多的原子参与速度敏感型受激拉曼跃迁,有利于实现信噪比高的原子干涉仪条纹。研制高功率的拉曼激光器对冷原子干涉仪的实验研究具有重要意义,文章报道了基于注入锁定技术实现的高功率拉曼激光器的实验结果。主激光器经过1.5 GHz声光调制器产生1级衍射光作为拉曼光的种子光,注入到两个从激光器后锁定,并实现功率放大。两个拉曼光的频率相差3.0 GHz,频率调谐范围为200 MHz。     

基于PLC的激光干涉高分辨率位移测量研究

针对当前激光干涉高分辨率位移测量误差大的问题,设计了基于PLC的激光干涉高分辨率位移测量系统。首先接收激光干涉仪发射信号,然后将激光干涉信号进行光电转换,通过可编程逻辑控制得到激光干涉高分辨率位移测量结果,并将结果显示给用户,测试结果表明,本系统的激光干涉高分辨率位移测量精度超过92%,激光干涉高分辨率位移测量灵敏度高,获得理想的测量结果,并且激光干涉高分辨率位移测量结果明显优于其他系统,具有更高的应用价值。     

空间型Raman脉冲冷原子陀螺仪的绝对角速度测量

介绍了图解法分析冷原子干涉仪的基本原理,建立了空间型Raman脉冲冷原子陀螺仪的理论模型。通过对冷原子干涉仪近似数学模型的变换,研究了原子初速度与跃迁概率之间的关系,阐述了基于辅助角速度测量的原子速度扫描法测量原理。在原子干涉仪精确模型的基础上,利用Raman激光频率调制对多普勒效应进行补偿,并利用相位调制进行修正以满足原子速度扫描法中的相位关系。数值仿真计算结果表明,在辅助角速度测量量程内,经过补偿修正后的原子速度扫描法能实现对绝对角速度的高精度测量。     

亚纳米皮米激光干涉位移测量技术与仪器

激光干涉位移测量技术因具有大量程、高分辨力、非接触式及可溯源性等特点，成为当前与下一代高端装备、超精密计量的基础性技术之一。在简要介绍国内外现有的各类亚纳米级激光干涉仪的基础上，重点从“精”“准”“快”方面综述了面向亚纳米、皮米级激光干涉位移测量技术的研究成果。首先，从激光干涉测量原理出发，分析了限制激光干涉仪中测量分辨力、速度等进一步提升的主要误差项及技术难点；其次，重点列举了近年来国内外在激光器高精度稳频、高精度干涉镜组、高速/高分辨力相位细分技术、环境补偿与控制等方面所取得的重大关键技术突破；最后，对下一代超精密激光干涉位移测量技术的发展趋势进行了总结与展望。     

一种双频激光干涉信号探测器的设计

为了获取高精密双频激光干涉测量中的干涉信号,完成了一种新的光电探测器电路设计。该探测器利用AD645设计了精密低噪声光电转换前置放大器,保证微弱干涉光信号的有效接收;增益可调的主放大器设计保证输出信号足够的动态范围,适应不同类型的干涉信号处理电路,双二次型带通滤波器有效抑制了噪声与温漂。结果表明,研制的光电探测器能完成微弱干涉信号的接收处理,信噪比高、频率稳定、结构简单易实现,可应用于高精密比相计等激光干涉仪信号处理装置。     

基于模糊控制的自适应激光功率稳定系统研究

研究了一种基于模糊控制的嵌入式激光功率稳定系统,用声光调制器作为功率稳定的外部环路反馈器件,采用模数转换器和数模转换器以及数字信号处理芯片组成数控功率稳定电路。用模糊控制方案解决了传统比例-积分-微分(PID)的超调问题,反馈环路的稳定时间为1.8 ms。有效抑制了激光功率在低频部分的相对强度噪声,在1 Hz处从-88 dBc/Hz改善至-110 dBc/Hz。激光功率的相对起伏由0.29%降低至0.035%。相比于传统PID,模糊PID可以根据系统所处状态实时调整参数,从而达到自适应的效果。     

原子干涉仪中激光频率和光强控制系统的设计

为了对铯原子外态干涉仪的激光束精密控制,设计了一套适用于多种需求的激光频率和光强控制系统。该系统基于声光调制器,并集成了激光移频、光强稳定和光强调制等功能。首先,根据原子干涉仪的原理,提出对激光的要求和指标。接着,按照提出的要求设计了集成锁相频率合成器等硬件电路系统和LabVIEW软件控制系统。最后,对所开发的系统进行了实验测试。实验结果表明:系统的移频范围可控制在100~200MHz;光强稳定性好,采用稳光系统后输出光强的波动减小为2%。设计的这套系统功能齐全,可靠有效,实现预期目标,满足原子干涉仪对光学系统的要求。另外此系统还可以应用到其他需要系统中,比如原子钟、原子干涉重力梯度仪等。     

基于光纤拉锥及相位调制的可切换多波长掺铒光纤激光器

研究了一种全光纤可切换多波长掺铒光纤激光器。该激光器利用一段缠绕在压电陶瓷上的单模光纤作为正弦相位调制器以及基于光纤拉锥的马赫-曾德尔干涉仪作为梳状滤波器,抑制由于掺铒光纤的均匀展宽效应引起的模式竞争,从而避免了在室温下不稳定的单波长激射,实现了多波长掺铒光纤激光器的稳定输出。实验中观察到稳定的5个波长的同时激射,相邻波长间隔为0.804 nm。信噪比大于40 dB,3 dB带宽约为0.023 nm,中心5个波长输出功率的平坦度为14 dB。同时,激光器具有灵活的波长可切换特性,通过调整驱动信号和偏振控制器的状态,实现了单波长、双波长、三波长以及更多波长的输出。该激光器可应用于大容量波分复用系统和光纤传感。     

激光外差干涉中声光器件非互易特性研究

针对声光器件存在的非互易现象导致光强衰减影响衍射效率并降低激光外差干涉效率的问题,进行了一种基于声光驱动100MHz时声光器件非互易效应对激光外差干涉影响的研究。以光束衍射实验为主体,结合光阑、TeOa晶体对声光器件非互易值进行测量,利用光功率计获得测量过程中的器件非互易数值,在不同驱动频率下分析衍射效率分布情况;并利...     

光纤干涉系统光学湍流测量原理及其偏振噪声问题的分析

光纤干涉仪具有测量精度高、探测灵敏度大等优点,可用于直接测量大气湍流折射率起伏.首先简要介绍了光纤Mach-Zehnder干涉仪的光学湍流测量原理,描述了低双折射单模光纤中光束偏振态变化诱导的偏振信号衰落现象,并通过偏振态的邦加球分析和详细的公式推导,得出了干涉仪可见度和相移噪声的关系式.结果表明:控制输入光偏振态与干涉仪本征向量之间的夹角在零度左右,可有效地抑制偏振噪声,最后给出了偏振控制器实现偏振控制的原理,为构建稳定的光学湍流测量光纤干涉系统提供了科学依据.     

基于光纤激光器的微振动信号保真拾取干涉仪

提出了一种新型的远距离微振动信号的测量和保真拾取系统.该系统基于迈克尔逊干涉仪结构,以窄线宽光纤激光器为光源,采用相位载波零差解调方案实现信号的还原.通过优化压电陶瓷堆(PZT)相位调制器驱动电路,有效地提升了系统的频率响应范围.通过引入移相电路提高了系统的信噪比.系统在50 Hz～4 kHz频率范围内线性度良好,输出信号的信噪比为60 dB,谐波抑制比为50 dB,系统的灵敏度为1×10-5rad/Hz1/2.     

相位干涉仪对噪声源测向的原理研究

利用相位干涉仪对电磁波辐射源测向是无线电行业进行高精度测向的基本手段,其应用对象限于通信信号和雷达信号。噪声信号和这些信号相比,波形复杂,信号质量差。重点研究相位干涉仪对噪声信号进行测向的可行性,并给出了定量分析结果。