铷吸收半导体激光稳频光波长标准研究

介绍了用铷吸收光谱法对半导体激光器进行稳频,通过对包括半导体激光驱动源、稳频器、吸收室、光路等系统的优化设计,达到具有高信噪比微分误差信号,从而大大提高了半导体激光器稳频锁定灵敏度和长期稳定性。采用文中介绍的方法建立的光波长标准系统,其波长的测量重复性、稳定性可满足当前和将来很长一段时间光波长计校准的需要。     

窄线宽单频单偏振环行腔掺铒光纤激光器

为了获得稳定的窄线宽单频单偏振掺铒光纤激光器输出,对采用饱和吸收体的环行腔结构掺铒光纤激光器进行了研究.实验中采用未抽运掺铒光纤作为饱和吸收体形成窄带滤波器,并选用高反射率的光纤光栅作为波长选择元件,同时采用具有高消光比的保偏环行器来获得单偏振激光.窄线宽单频单偏振环行腔掺铒光纤激光器的峰值波长可以通过拉伸光纤光栅进行调谐,调谐的范围为1548~1552nm.当抽运功率为275mW时获得的输出最大功率55.4mW.通过采用光纤延迟自外差法的线宽测试技术测量出该环行腔掺铒光纤激光器的20dB线宽为3kHz,光纤激光器的输出光偏振态长时间稳定在偏振度99.9%.这种窄线宽单频单偏振掺铒光纤激光器可以作为相干激光雷达的稳定信号源.      

短光纤延时自外差法测量窄线宽激光器线宽

从理论上分析推导了移频延时自外差法测量激光器线宽的基本原理,并采用延时自外差法数学模型,编写了仿真程序.借助此分析结果,通过对两台已知线宽的窄线宽激光器的实际测量数据,与仿真结果对比,验证了模型的正确性.在此基础上,提出了短光纤延时自外差法,采用该方法可以在延时光纤长度远小于6倍的激光器相干长度时,消除延时自外差法因为延时时间不够导致测量精度的大幅度下降这一缺陷,为工程上实现精确测量窄线宽激光器线宽提供了行之有效的方法.      

基于F-P腔的激光频率稳定传递方法

量子传感的发展需要频率高度稳定的激光器为基础,且实现大失谐激光频率稳定通常是提高其精度和灵敏度的关键。针对大失谐激光稳频问题,提出了一种利用法布里-珀罗（F-P）腔传递激光频率稳定性的方法。以饱和吸收稳频法锁定的激光器频率为参考,基于锁相原理,锁定F-P腔长度。利用F-P腔长度这个稳定的参考点,实现目标激光器的频率的精确锁定。实验将目标激光器波长锁定于767.001 nm,失谐频率为150 GHz,锁定后的频率漂移为1 MHz/h。该方法解决了激光大失谐稳频问题,对工程实践和科学研究有重要意义。      

主动光频标的研究进展

传统被动光钟激光锁频系统的频率稳定度最终受限于由布朗运动导致的腔长热噪声,是目前光频标发展面临的主要技术瓶颈之一。主动式新型光频标利用光学谐振腔的弱反馈在原子跃迁能级间形成多原子相干受激辐射,该受激辐射输出信号可直接作为钟跃迁信号使用,相比于被动光钟,主动光中原理上可实现更窄的量子极限线宽,并具有腔牵引抑制优势。分别介绍了国内外在主动光频标研究现状,主要介绍北京大学在该研究方向取得的理论及实验研究进展。为了实现窄线宽连续型主动光频标,提出双波长好坏腔方案减小剩余腔牵引效应对四能级主动光钟的影响,其中Nd:YAG 1 064nm好腔激光和铯原子1 470nm坏腔激光共腔输出,分别工作在好、坏腔区域,好腔激光通过Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术锁定主动光钟谐振腔的腔长,由于坏腔激光相比于好腔激光具有腔牵引抑制优势,因此坏腔激光线宽有望在腔长锁定之后的好腔激光的基础上进一步压窄。目前两套双波长系统的1 470nm钟激光拍频线宽受限于两个谐振腔腔长的相对抖动,为了抑制共模噪声对钟激光拍频信号的影响,并验证采用PDH稳频技术实现腔长锁定的可行性,本文利用相位锁定技术同步两套双波长好坏腔系统的谐振腔腔长,从而消除腔长共模噪声对钟激光拍频线宽的影响,进而分析除剩余腔牵引效应以外的其他因素对1470nm主动光频标的影响。     

主动光频标的研究进展

传统被动光钟激光锁频系统的频率稳定度最终受限于由布朗运动导致的腔长热噪声，是目前光频标发展面临的主要技术瓶颈之一。主动式新型光频标利用光学谐振腔的弱反馈在原子跃迁能级间形成多原子相干受激辐射，该受激辐射输出信号可直接作为钟跃迁信号使用，相比于被动光钟，主动光中原理上可实现更窄的量子极限线宽，并具有腔牵引抑制优势。分别介绍了国内外在主动光频标研究现状，主要介绍北京大学在该研究方向取得的理论及实验研究进展。为了实现窄线宽连续型主动光频标，提出双波长好坏腔方案减小剩余腔牵引效应对四能级主动光钟的影响，其中Nd:YAG 1 064nm好腔激光和铯原子1 470nm坏腔激光共腔输出，分别工作在好、坏腔区域，好腔激光通过Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术锁定主动光钟谐振腔的腔长，由于坏腔激光相比于好腔激光具有腔牵引抑制优势，因此坏腔激光线宽有望在腔长锁定之后的好腔激光的基础上进一步压窄。目前两套双波长系统的1 470nm钟激光拍频线宽受限于两个谐振腔腔长的相对抖动，为了抑制共模噪声对钟激光拍频信号的影响，并验证采用PDH稳频技术实现腔长锁定的可行性，本文利用相位锁定技术同步两套双波长好坏腔系统的谐振腔腔长，从而消除腔长共模噪声对钟激光拍频线宽的影响，进而分析除剩余腔牵引效应以外的其他因素对1 470nm主动光频标的影响。     

633nm激光波长标准装置

介绍了几种常见的激光稳频技术,分析了基于饱和蒸汽压的碘稳定633nm He-Ne激光系统。激光器的腔长为260 mm,输出功率为0.8 mW,激光调谐范围能够覆盖从a到n的14个吸收峰。通过实验,其频率的相对标准不确定度优于2.5×10-11,1 000 s的频率稳定度优于6×10-12。     

采用铯束管荧光稳频技术的小型光抽运铯原子频率标准

对于小型光抽运铯原子频率标准来说，激光稳频参考源的稳定性决定了激光系统的频率稳定性，进而决定了整机的频率稳定度指标。激光稳频可以采用饱和吸收稳频和铯束管荧光稳频两种方案。经对比了采用这两种激光稳频方式的整机指标，取得了初步的结果：与采用饱和吸收稳频相比，采用铯束管荧光稳频后，整机的短期稳定度指标没有明显恶化，长期稳定度指标有了明显提升，3.21E-14/100 000s，1.13E-14/400 000s，未出现闪变平台，仍在继续测试中。结果显示，铯束管荧光稳频技术应用光抽运小型铯原子频率标准，具有提高整机长期稳定度指标和增强环境适应性的潜力。     

快速精确调节稳频点的远共振线激光稳频方法

原子磁强计、激光冷却等技术需要将激光频率稳定在远离原子跃迁频率几兆赫兹的大失谐处,法拉第旋光光谱稳频方法能够实现远共振线的大失谐处的稳频,但是存在稳频点调节不便的问题。在法拉第旋光光谱稳频方法的基础上进行改进,提出了一种快速精确调节稳频点的远共振线激光稳频方法,能够在几十至几百兆赫兹范围内对稳频点频率进行快速精确的调节。基于该方法使失谐为-6.2 GHz的稳频点精确频移130 MHz,并实现频率漂移3.3 MHz/h,波动均方根值0.6 MHz/h的激光频率稳定度,满足原子磁强计对失谐及频率稳定性的要求。另外,分析了温度对该稳频方法的影响,推导了预估稳频点频率的物理参数,并将温度调节和声光调制器（AOM）调节相结合,以更好地实现在远共振线大失谐处对激光频率的长期稳定和精确控制。      

通用原子公司高能激光器完成光束质量评估

<正>通用原子航空系统公司在4月8日宣布,美国政府授权的一家独立测量团队已经完成了对该公司Gen 3高能激光系统的光束质量和输出功率的测量。这次测量证实了Gen 3高能激光系统极高的光束质量,该激光系统堪称下一代电泵浦激光器的领导者,通用原子任务系统执行副总裁称。新的激光器采用了第三代技术,该技术继承自此前的"高能液体激光区域防御系统"(HELLADS)Gen 1。Gen 3激光     

全相位FFT频率测量在调频激光测距技术中的应用

调频连续波激光测距技术在常见的非合作目标激光测距技术中,目前具有最高的测量精度,其原理是对激光的光频进行线性调制,通过测量发射信号和回波信号的频率差反推目标的距离。因此频率测量精度对于距离测量精度具有决定性影响。传统FFT由于存在频谱泄露,且频谱细化方法从根本上受限于FFT的精度,导致测量精度低。全相位FFT较好的解决了频谱泄露的问题,具有相位不变性。本文提出将全相位FFT方法应用于调频激光测距,采用时移相位差法对频率进行测量,在MATLAB环境下对试验获取的数据进行频率解算并计算目标距离。试验证明,全相位FFT应用于调频激光测距数字信号处理时,在大于50m距离处测距误差小于0.3mm,达到了良好的应用效果。     

应用激光测振技术提高模态试验测量准确度

以一个标准直梁为研究对象,应用扫描式激光测振系统对梁进行了模态测量,得到梁的弯曲振动和纵向振动固有频率和振型,光测结果与理论计算结果相符。与传统的传感器测量结果相比,激光多普勒测振技术测量准确度高,可以很好的解决传感器对结构产生的附加质量的问题,尤其适用于轻薄结构的模态测量。     

影响激光外差高精度计量的几个关键因素

共光路外差干涉仪具有很高的分辨率,但因为安装、调试误差会产生非线性误差,影响系统的测量精度.所以着重分析了影响激光外差计量精度的4个关键因素,即频率混叠、不同被测金属的相位跳变、被测表面的倾斜及物镜的数值孔径;利用激光外差及矢量分析理论,深入研究了频率混叠误差和相位跳变误差的成因、变化规律,并讨论了提高测量系统精度的有效措施.对正确设计和调试激光外差测试系统、提高测量系统精度具有重要意义.     

飞秒光学频率梳在计量领域的应用

飞秒光学频率梳是超快激光光学领域的重要研究方向，通过将锁模激光器重复频率（f_r）及载波包络相移频率（f_o）锁定至微波频率基准，在时域上呈现出飞秒量级的周期性超短脉冲序列，在频域上呈现出一系列离散等间隔排列的纵模分量，广泛应用于时间频率传递，空间尺度测量和精密光谱测量等诸多计量科学研究领域。根据飞秒光频梳的基本原理，着重介绍了其在计量领域的应用研究，分析了在计量领域的重要作用及研究的重要意义。     

窄线宽半导体激光器的热设计及优化

激光管内产生的热流对结构固有特性的影响是窄线宽半导体激光器结构设计的重点研究问题之一。基于机械性能和温度载荷要求,以整体结构散热最大化为目标,对内部热载荷进行了分析与应用研究,并以此为依据对半导体激光器的结构尺寸与结构形式进行了优化设计,该方法使激光器整体温度最大值由24.6℃降至22.827℃,并且分析了前100 s内瞬态温度变化曲线,通过优化结构使得散热均匀性得到很好的改善。      

点阵夹芯结构非接触式损伤成像研究

针对点阵夹芯结构的脱焊等损伤问题,提出了基于高频动态响应的非接触式损伤成像技术,根据无基线损伤指标分析结构高频响应,实现脱焊损伤成像。数值仿真中,依据局部共振理论,以损伤区域低阶固有频率作为中心频率计算结构在声场激振下宽频段内振动响应,采用无基线损伤指标实现损伤成像,由损伤成像结果准确识别脱焊损伤位置;试验中,采用扬声器激振,扫描时激光测振系统进行全场振型拾取的非接触式试验测量方案,成功识别脱焊损伤的位置。验证了非接触式成像技术对点阵夹芯结构脱焊损伤检测的适用性与可行性,实现了无附加结构质量、无健康基准信号下的损伤识别。     

目标表面对FMCW激光雷达拍频信号的影响分析

被测目标表面的粗糙度会影响调频连续波(FMCW, Frequency Modulated Continuous-Wave)相干激光雷达的拍频信号特性,进而影响雷达的测速测距精度.为衡量该影响以改善雷达的性能,通过对照射目标面的空间离散化,建立和分析了拍频信号的场强模型,并针对不同粗糙度的反射表面,进行了Monte Carlo模拟仿真及系统实验验证.仿真和实验结果表明:镜面目标反射面的倾斜将导致拍频信号交流分量强度的急剧衰减;而对于高斯型粗糙面目标,强度与粗糙面高度及波长的比值成负指数关系.实验结果与理论分析和模拟仿真结果一致,且系统的测距误差小于1 mm,静态速度稳定性优于0.1 mm/s.     

振动台动态角的测试方法研究

振动台在高频振动过程中难免会产生空间的小角度运动,这种角运动在振动试验中是非预期的,应尽量减小。利用激光干涉原理,运用双频激光干涉仪及角度测量组件测量了振动台振动频率达2 000Hz时方位、俯仰、横滚三个方向的实时角度、角速率。通过对测量数据的分析可知环境的振动对测量准确度影响较大,为进一步完善该测试方法指明了研究方向。     

光频测量的发展

光频标在准确度上比目前最高准确度的微波量子频标将高几个数量级 ,作为时频基准是很理想的 ,它的建立对我国乃至世界的科技发展有着重要的作用。光频测量是近几年国际科技领域的热点 ,实现对光频的测量对光频标的建立有着重要的意义 ,而测量方法是实现对光频测量的关键。综述光频的测量方法 ,主要介绍传统的测量方法和目前国际上采用的飞秒脉冲激光梳技术以及光频测量最新的发展动态