用飞秒锁模激光测量光的频率

介绍了2005年诺贝尔物理学奖的获奖工作-用锁模飞秒激光光梳去测量光的频率.飞秒激光光梳技术大大简化了光频的测量.锁模飞秒激光通过光子晶体光纤时,由于自相位调制,在可见光和近红外区能够产生上百万等间隔的梳状频率,其频率间隔等于锁模脉冲的重复率.利用光频梳和倍频技术,把对光频的测量变为对射频的测量,这样就能够很容易地测出光的频率.使得光频测量精度和原子钟精度达到前所未有的高度,从而对物理学和计量学的发展有重要意义.     

斜入射激光抽运铯束频标中的光频移

本文对斜入射激光抽运斜入射激光检测小型铯原子钟实验系统上光抽运区荧光引起的光频移（主要是交流斯塔克移动）作了理论计算。结果表明斜光抽运方案可以有效降低铯原子束频标中的光频移。文中同时提出一种通过改变斜入射抽运激光发散角来直接测量光频移的新方法。     

基于偏振复用技术的光频梳研究

为提高光频梳带宽和谱线平坦度,设计了一种基于偏振复用和电吸收调制(EAM)技术的光频梳产生方 案。通过调整EAM 参数产生除中心载波外的高平坦度光频梳,再结合偏振复用技术优化中心载波峰值功率,使得光频 梳带宽整体提升一倍。文中讨论了相关参数对光频梳平坦度的影响,利用Optisystem 软件搭建了基于该方案的微波频 率可调载波重用全双工光载无线系统(RoF)。研究结果表明,在下行链路中当误码率为10-9 时,传输10 km 与背靠背 传输相比功率代价仅为0.42 dB。     

铯原子喷泉频标中的辐射频移及其对频标准确度的影响

研究了铯原子喷泉频标中存在的各种辐射频移,包括微波频谱边带频移、Ｂｌｏｃｈ－Ｓｉｅｇｅｒｔ效应、相邻π跃迁引起的频移、斯塔克效应、黑体辐射频移和Ｍａｊｏｒａｎａ效应等,分析了产生各种频移的物理原因,推导了各种频移的计算公式,估算了各种频及其不确定度的大小,分析了它们对频标准确度的影响,提出了减小各种频移或误差以提高频标准确度的方法。研究所得结果对于正确评定铯原子喷泉频标准的准确度和探索提高其准确的     

基于回音壁微腔的可见光波段光频梳研究进展（特邀）

基于光学微腔的光频梳具有阈值低、光谱宽及结构紧凑等特点,在精密测量与传感等领域具有重要的应用前景,因此近年来微腔光频梳成为国际研究热点。目前相关的研究都聚焦于红外波段锁模光频梳的产生原理和应用探索,虽然可见光波段的光频梳在精密光谱、原子钟及生物医学等领域有特殊应用价值,但是可见光频梳的实现极具挑战性。文中在简要阐述光频梳产生原理的基础上,介绍了在可见光波段实现光频梳的主要挑战,以及目前三种实现方案的研究进展,包括利用材料的二阶与三阶非线性效应、调节微腔的几何色散和模式强耦合效应调控色散来产生可见光频梳。     

国外光频标进展

量子频标是依据原子或分子（以下简称粒子)跃迁频率的恒定性建立起来的。从五十年代初就开始利用氨分子在微波段的吸收谱线来测量频率,测量准确度达10^-8。1955年英国Essen第一次制成了铯原子束频标,准确度达到10^-9。到六十年代各种类型量子频标的研究工作都开展起来了,例如光抽运吸收泡型频标、铊原子束型频标和氢振荡器型频标。这些研究工作均取得飞快进展,并研制出稳定度和准确度很好的量子频标,其中铯原子束频标的准确度始终领先。图1给出了到目前为止历年来微波量子频标进展的示意图。1967年第13次国际权度会议通过以Cs133原子基态超精细能级跃迁辐射的9192631770个周期（长度)为一秒,建立了原子吋基准。Cs133原子束频标也就是频率的基准。     

铟离子冷却用跃迁频率与同位素移动的精密测量

利用囚禁在Paul型离子阱中的铟单离子和飞秒光频梳实现了铟离子5s2 1So(F=9/2)-5s5p 3P1(F=11/2)230.6 nm冷却用跃迁频率的精密测量,准确度有超过两个量级的提高.一台基于半导体激光器的四倍频系统作为光源,飞秒激光光频梳作为光频测量的工具,它的参考源为一台铯原子钟.铟离子,'115In 与113In 的跃迁频率分别为1 299 648 954.54(10)MHz和1 299 649 585.36(16)MHz.该跃迁对应的纯同位素移动为630.82(19)MHz,考虑超精细相互作用后,同位素移动为695.76(1.68)MHz.     

基于超高Q值氟化镁晶体微腔的克尔光频梳产生研究

克尔光频梳具有等距分布的梳状光谱结构,在精密测量、光钟、相干光通信、微波和光学任意波产生、光谱学及天文光谱仪校准等方面有着重要的应用。首先,微腔光频梳与其他光频梳系统相比,具有集成性高、体积小、功耗低的优势,大大扩展了光频梳的应用;其次,通过超精密加工方法制备了品质因子Q值达到了4.8×107的氟化镁微腔,并且得到了干净规律、排列规则的谐振谱,自由频率范围为9.73 GHz,为产生低重复频率光频梳提供了条件;最后,根据实验结果结合Lugiato-Lefever方程分析了氟化镁微腔光频梳的产生过程,研究了泵浦功率对光频梳的影响,通过调整失谐参数得到了孤子态光频梳。并且通过色散调控优化了微腔的光场模式,为产生具有超光滑光谱的孤子光频梳创造了先决条件,提升了光频梳性能。     

相干光纤PSK信号传输实验研究

本文报导我们最近进行的光频相位调制和解调的实验进展,并给出了利用光频相位调制方式进行相干光纤数字信号传输的实验原理和结果。     

基于GPS驯服技术的高稳频踪设计

针对高稳定度频标在国民经济发展中有着巨大需求,提出一种基于GPS驯服技术实现的高稳频踪设计方法。与传统的驯服技术相比较。该方法采用数字锁相环加Kalman滤波算法来实现恒温晶振跟踪GPS,综合了GPS秒脉冲的较高长期稳定度和恒温晶振较高短期稳定度的优点,既滤除GPS秒脉冲的随机误差,又解决GPS失锁时恒温晶振无法保持高频率准确度输出问题。结果表明,该方法能够实现了较高的频率准确度和稳定性,输出的频率准确度优于5×10^-11,能够用于时间频率的测量基准。     

Optical frequency standards and measurements

We describe the performance characteristics and frequency measurements of two high-accuracy high-stability laser-cooled atomic frequency standards. One is a 657-nm (456-THz) reference using magneto-optically trapped Ca atoms, and the other is a 282-nm (1064-THz) reference based on a single Hg⁺ ion confined in an RF-Paul trap. A femtosecond mode-locked laser combined with a nonlinear microstructure fiber produces a broad and stable comb of optical modes that is used to measure the frequencies of the reference lasers locked to the atomic standards. The measurement system is referenced to the primary frequency standard NIST F-1, a Cs atomic fountain clock. Both optical standards demonstrate exceptional short-term instability (≈5×10^-15 at 1 s), as well as excellent reproducibility over time. In light of our expectations for the future of optical frequency standards, we consider the present performance of the femtosecond optical frequency comb, along with its limitations and future requirements     

Automatic frequency control in a semiconductor laser and an optical amplifier

Automatic frequency control (AFC) in an injection locked or resonant type amplifier in an AlGaAs semiconductor laser was achieved through using the terminal voltage change induced by light injection. Signal-to-noise ratio in the control signal of 10 dB was obtained when the input optical power was -47 dBm and the optical gain Was 51 dB. The AFC was maintained for 3 h with an 0.3-percent output power fluctuation for 2°C ambient temperature change and 65-MHz frequency stability. Step response showed that the system response time was 1.5 s. Sensitivity to input optical power deteriorates at -49 dBm, with a 53-dB locking gain, because of frequency deviation caused by temperature modulation. The second derivative of the induced voltage and it's relation to the optical frequency is constant at5 times 10^{-10}[V/(MHz)²] for all input power levels in a buried-heterostructure (BH)-AlGaAs laser. Terminal voltage change induced by light injection is calculated by simple rate equations with a Gaussian-Halperin-Lax (GHL) bandtail model. Good agreement with experimental results was seen.     

基于级联相位调制器和光衰减器的光频梳产生研究

提出了一种基于级联相位调制器和光衰减器的光 频梳产生方案,建立了方案的理论模型并进行了 系统验证,研究了射频(radio frequency,RF) 信号幅度和光衰减器衰减系数对光频梳平坦度的影响。结果表明数值 计算与实验 结果一致性较好,通过调整RF驱动信号幅度和光衰减器衰减系数可产生梳线数量为15条、平坦度为 0.8 dB,边模抑制比(side-mode suppression ratio,SMSR) 为5.05 dB的光频梳。方 案中引入滤波器后,在梳线数量保持不变的前 提下,其平坦度和SMSR可分别提高62.5%和61.4%。     

一种基于光差拍技术的新型频率合成器的研究

提出了一种基于光差拍技术频率合成器的设计方案,频率合成器可以实现DC～×10^2GHz频率范围的梳状谱信号输出。利用10GHz光电探测器（PD）对一腔长为27m的环形腔掺铒光纤激光器输出的多纵模激光进行差拍,得到频率间隔为7．63MHz的梳状信号。受PD响应速率的影响,梳状谱信号的频率范围为DC～10GHz。在此基础上...     

Suppression of optical beat interference-noise in orthogonal frequency division multiple access-passive optical network link using self-homodyne balanced detection

A new technique, which reduces optical beat interference (OBI) noise in orthogonal frequency division multiple access-passive optical network (OFDMA-PON) links, is proposed. A self-homodyne balanced detection, which uses a single laser for the optical line terminal (OLT) as well as for the optical network unit (ONU), reduces OBI noise and also improves the signal to noise ratio (SNR) of the discrete multi-tone (DMT) signal. The proposed scheme is verified by transmitting quadrature phase shift keying (QPSK)-modulated DMT signal over a 20-km single mode fiber. The optical signal to noise ratio (OSNR), that is required for BER of 10⁻⁵, is reduced by 2 dB in the balanced detection compared with a single channel due to the cancellation of OBI noise in conjunction with the local laser.     

基于光学频率乘法器的THz通信载波研究

为解决THz波无线通信系统载波存在的频率稳定性及精度问题,提出基于光学频率乘法器的THz载波产生方法.该乘法器由光梳信号生成器、光学可调滤波器和UTC-PD光学混频器组成.光梳信号和可调光纤进行光学频率相乘产生双模相干光信号,通过UTC-PD进行光外差混频产生高频率和高饱和输出功率的THz载波,并对载波的线宽、单边带相...     

一种基于星间光链路的帧同步与频偏估计方法

为了解决星间激光通信不同步导致的信息质量差与解调难度大等问题,针对滑动互相关算法帧同步易受载波频偏影响的不足,采用计算仿真的方法分析了星间多普勒效应引起的载波频偏程度,提出差分相关算法以实现帧同步与载波频偏估计,并给出硬件实现方案,分析了差分相关算法的帧同步与载波频偏估计性能。结果表明,差分相关算法能够实现大载波频偏影响下的帧同步,且具有较强的频偏估计性能,采用差分相关算法后系统的误码性能提升近3dB。此结果说明,差分相关算法是解决星间激光链路同步问题的有效方法。     

可调频光学频移器

本文描述一台能改变光频移频率能新装置．它由旋转光栅、同步电机和调频电源组成。用该装置可方便地改变由于光栅旋转而产生的颓移，从而使激光多普勒测量达到最佳的分辨率，以满足各种不同状态的测量。     

Optical frequency synthesis spectroscopy

In order to measure the super narrow spectral features of cooled atoms and ions, in the optical region, optical frequency synthesis (OFS) techniques rather than wavelength techniques must be used. It is anticipated that many of these resonances will be in the optical region of the spectrum, and this paper will address the state-of-the-art of the measurements of frequencies in that region. Two recent optical frequency measurements of iodine transitions in the visible will be described as well as recent improvements in fabricating the point-contact diode used in these measurements.     

基于半导体光放大器环形腔的全光频率倍增/恢复

提出了一种利用具有干涉作用的半导体光放大器(SOA)环形腔实现全光频率倍增/恢复的新方法,该方法同相关实验比较具有显著优势.数值结果表明:2.5 GHz的光脉冲序列注入SOA环形腔,可输出重复频率为5～25 GHz振幅均衡、与入射光偏振无关的光脉冲序列;SOA的偏置电流对SOA环形腔输出脉冲振幅的均衡度影响显著,对于基频为2.5 GHz和10 GHz输入脉冲序列分别存在一最佳的SOA偏置电流值;从传输速率为2.5 Gbit/s的27-1伪随机信号中可提取出重复频率为分别2.5 GHz和5 GHz的幅度均衡的时钟信号.