调制转移光谱的最佳吸收程

调制转移光外差光谱信号的信噪比(SNR)和中心斜率与吸收程等有关.采用吸收程微元叠加法———把吸收程分成n段,计算出每一段产生的调制转移光谱信号元,再对n求和得到总的调制转移光谱信号.利用该方法,理论上研究了调制转移光谱信号相对强度及中心斜率随吸收程的变化,得到最佳吸收程.实验上比较了碘池温度为-15℃时一倍程(40 cm),二倍程(80 cm),三倍程(120 cm)和四倍程(160 cm)的光谱信号信噪比和谱线中心斜率,得到三倍程时信号信噪比和谱线中心斜率为最大,估算得到相应的激光稳频精度为9×10-14(1 s积分时间).通过吸收程优化过程获得的调制转移光谱信号用于激光频率稳定控制,有望获得更高的稳频精度.     

用声光调制器进行差拍饱和光谱学的实验研究

分别用声光晶体对氩离子激光515nm谱线作幅度和频率调制,实验研究了碘吸收的差拍饱和吸收信号。用频率调制方法得到斜率极陡的一阶微商饱和吸收信号,并将它作为鉴频曲线把氩离子激光频率稳到~(127)I_2分子的P(13)43-0的a_3线上。通过与一稳定到相同精细分量上的稳频氩离子激光器拍频,绐出激光频率稳定性优于±4.7×10~(-12)。     

碘分子532nm激光稳频系统的参数优化

根据FM光谱通过吸收介质后,经检测、相干解调的理论分析,建立了线性吸收稳频的数学模型;得到不同调制频率和调制度的误差控制信号。由此给出用于碘分子线性吸收激光稳频的最佳调制频率和最佳调制度。     

铯原子D2线调制转移光谱的实验研究

以光栅外腔半导体激光器 (ECDL)作为光源 ,获得了铯原子D2 线B线 (6 2 S1/ 2 F =4→ 6 2 P3 / 2 F′ =3,4,5 )的调制转移光谱 (MTS)。与传统的饱和吸收光谱作了比较 ,并对不同调制频率下的调制转移光谱特性作了实验研究。将频率调制信号直接加在声光频移器上 ,相对简化了调制转移光谱的实验装置。     

斯塔克电光调制技术在CO2激光器稳频中的应用

文中介绍了将斯塔克(Stark)电光调制技术应用于CO_2激光器稳频的基本原理与实验装置,并分析了实验结果。实验表明:应用Stark电光调制技术于CD_2激光器的稳频可获得10~(-9)～10~(-10)量级的频率稳定度。     

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)。     

小型化碘稳频1064 nm半导体激光器研究

传统的1064 nm稳频激光器虽然能达到很高的频率稳定度和不确定度,但其体积比较庞大,系统设计比较复杂。而对于一些激光频率稳定度要求不高的实际应用,如高光谱分辨率气溶胶探测激光雷达,系统简单与缩小体积应该是更受关注的因素。利用碘分子吸收谱线并结合频率调制光谱技术建立了一套小型化的1064 nm稳频激光器,该系统结构紧凑。通过高稳定的波长计进行监测,测量频率稳定后的激光器在10000 s时的阿伦偏差精度小于0.1 MHz。该稳频的1064 nm激光器系统已被用作高光谱分辨率气溶胶探测激光雷达单频脉冲光源的种子激光器。     

用于激光磁共振光谱的CO激光器的稳频研究

本文讨论了用于激光磁共振光谱的CO激光器机械与电子的稳频措施,在文中提出了一种新的激光频率稳定度的测量方法,它是以分子的激光磁共振谱线为基准,通过测量分子的激光磁共振谱线线宽及其变化,然后用阿仑方差进行数据处理,最后得出激光频率稳定度。运用这种方法对稳频CO激光器进行了调试和检测,测得在非稳频和稳频条件下CO激光器的频率稳定度分别为1.5×10~(-7)、5.5×10~(-9)。     

四频差动激光陀螺稳频系统研究

详细阐述了四频差动激光陀螺无调制光强差稳频系统的电路组成和工作过程,通过理论分析和实验对系统的稳频精度进行了估算,频率作稳定性为1．2×10－9。     

波长为515nm的氩离子激光器的频率稳定

用声光晶体对氩离子激光作频率调制,获得了碘分子的差拍饱和吸收信号。将得到的斜率极陡的—阶微商形式的饱和吸收信号作为鉴频曲线把氩离子频率激光稳定到~(127)I_2分子的p(13)43—0的a_3超精细分量上。通过与一稳定到相同精细分量的稳频氩离子激光拍频,给出激光频率稳定性优于±6.5×10~(-12),重复性优于±3.4×10~(-11)。     

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。     

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。     

偏频锁定法稳定塞曼氦氖激光频率

研制成一种互锁的无调制的塞曼He-Ne激光稳频器。稳频中心调谐在左右旋光差频曲线的最大斜率点上,以获得有较大的激光输出功率,环路能给出快速锁定,秒级频率稳定度优于2×10~(-10)。     

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。     

基于数字反馈控制的Nd:YAG激光器频率稳定技术

频率稳定的激光器在精密计量、高分辨率光谱等许多领域具有重要的应用。使用KTP晶体将Nd:YAG激光器输出的激光(1064nm)倍频到532nm,采用波长调制吸收光谱技术获得吸收峰的一次谐波信号作为鉴频信号,并基于数字比例-积分-微分(PID)反馈控制技术,把倍频后的频率稳定在碘分子B-X态(32-0)带的R(56)吸收峰上,在1h的连续测量时间内,频率漂移幅度小于2MHz,远小于多普勒受限的光谱线宽,频率稳定度达到了10-9量级,整套系统可以实现长时间连续工作。使用的数字PID稳频方案,可以有效抑制激光的长期频率漂移,具有方案简单、易于实现的优点,同时显著降低了较大幅度随机噪声对系统稳定性的影响。     

基于FPGA数字相位调制光外差激光稳频系统设计

为了实现中心波长为1064nm的单频光纤激光器的稳频,采用相位调制光外差（PDH）激光稳频技术,搭建稳频系统光路。分析了相位调制光外差稳频信号以及误差信号特征;设计基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字式解调和反馈控制电路,在FPGA中实现对相位调制光外差稳频信号的数字解调,再经数模转换器输出获得误差信号。结果表明,在FPGA中能成功实现对相位调制光外差信号的解调,经Allan方差计算,频率漂移的方差值可达10-11,即所设计的数字系统实现了较高的稳频精度。     

Pound-Drever-Hall稳频误差信号线性动态范围及灵敏度分析

在Pound-Drever-Hall激光稳频方法中,误差信号的线性动态范围和灵敏度是影响稳频效果的重要指标。为了对Pound-Drever-Hall激光稳频性能进行优化,本文理论分析了调制频率、FP腔镜反射率和腔长对动态范围及灵敏度的影响,并通过实验仿真进行定量讨论和优化。实验结果表明,调制频率、反射率和腔长都分别与线性动态范围的大小有着紧密的联系,通过对这些参数的正确选取,以及对精度和灵活性要求的综合考虑,可以提升稳频系统的效果;而且对调制深度的优化可以提高误差信号灵敏度。     

窄线宽激光器稳频控制技术的研究

频率稳定度是表征频率稳定程度的一个极其重要的指标参数。为了满足激光雷达系统的应用需求,本课题研制了一套基于PDH技术的激光稳频系统。直接数字频率合成器产生激光器高频相位调制信号,模拟混频器解调激光器的频率漂移信息,作为稳频控制系统的核心控制部分的高集成度数字信号处理器,负责整个系统的信号处理及比例积分微分(PID)伺服等。     

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。     

PDH激光稳频控制技术研究

针对多普勒测风激光雷达系统的应用需求,研制了一套结构紧凑、操作灵活的Pound-Drever-Hall(PDH)激光稳频系统。直接数字频率合成器(DDS)产生激光器高频相位调制信号,模拟混频器解调激光器的频率漂移信息,高集成度的数字信号处理器(DSP)作为稳频控制系统的心脏,负责整个稳频系统的总线控制、信号处理及比例积分微分(PID)伺服等。实验表明,在2.5h内激光器的相对频率漂移不超过±17kHz,其均方根(RMS)误差为5kHz,绝对频率稳定度优于200kHz。在主动对法布里-珀罗干涉仪(FPI)施加6 Hz固定扰动时,系统能够在30ms内迅速恢复稳定。满足直接探测多普勒测风雷达系统中0.1m/s测风精度的应用需求。