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。      

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。     

稳频半导体激光器线宽测量

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、冷原子系统等研究领域有着广泛的应用。稳频激光器的线宽是评价稳频性能的一个重要参数,利用AV4036系列频谱分析仪设计并搭建了用于稳频半导体激光器拍频线宽测量的实验系统,验证了方案的可行性。     

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.      

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。     

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。     

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。     

第二代超稳定激光钟

空军为着满足其各种先进战斗机的需要已提出建立精密惯性导航及高准确度定时频率源系统。作者曾提出,采用改进的多频环形激光陀螺仪(RLG)同时作为陀螺仪和钟的方法。这种部件采用附加了检波器的多频环形激光陀螺仪(RLG)。检波器用以检出两拍频信号(各为约582MHz),再经必要的电子线路以产生5MHz的钟信号。激光钟具有体积小,价格低和具有冗余的特点。对于已配备了RLG导航仪的飞机,只需另加检波及输出的电子部件,就可实现钟的功能。RLG导航仪在附加上数据采集和设备维修这些设备后所增加的费用是很少的。由于在三轴导航仪中配备了三个钟,因而具有冗余的特性。本文是去年频率控制年会上所介绍文章的继续。所采用的环形激光器是Raythton RB-25型非平面He-Ne激光器,其光程为25.69cm。去年报道的最佳数据是从作为工作样机的RLG的68号激光器获得的。估计两个主要误差源为(1)由海森伯格不确定性原理所决定的量子极限;(2)法拉第转子引起的频移中由温度引起的漂移。现在的工作并不是设法通过增加激光功率或提高腔Q来减小量子极限,因为改善量子极限,需要研制新的激光器。由于经费有限,目前尚未开展这方面的工作。现在主要是致力于改进法拉第转子的频移随温度而变化的特性。在新的电子系统中采用一个检波器测量顺时针拍频,另一个检波器测量反时针拍频,将两拍频相加后再分频至5MHz。环形激光陀螺钟是一种传递型频标,因而在使用前必须调节到参考频率源的频率上。现在可作为参考的方法有:全球定位系统(GPS)、联合作战信息发布系统(JTIDS)、雷达技术及直接与一时间标准相连接等方法。     

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.      

三波长数字相位解调法解调误差及影响因素

介绍了光纤法布里-珀罗(F-P)传感器的传统解调方法,系统地推导了针对非本征法布里-珀罗干涉型(EFPI)传感器解调的三波长数字相位解调法的解调原理,仿真和实验分析了三波长数字相位解调法的解调误差。仿真分析结果表明,相位偏离正交关系是限制解调的最主要因素,要保证解调误差在15 nm以内,腔长变化应小于在正交腔长处2μm的范围。采用3个独立的激光光源进行实验,实验结果表明,在正交腔长附近1μm范围内变化,解调腔长误差小于12 nm,重复性误差小于10 nm,解调具有良好的稳定性。     

用于光纤F-P声压传感器的直流补偿解调技术研究

提出了一种改进的双腔直流补偿技术，用于解调非本征法布里-珀罗干涉(EFPI)光纤传感器，以消除腔长差与入射光波长相匹配的要求。通过消除直流分量和校准信号相位，可以从具有任意相位差的原始信号中获 得两路正交信号。通过理论仿真，制作了具有不同腔长差的EFPI光纤传感器，对所提出的方法进行了试验验证。 结果表明，该方法在解调双 F P腔 EFPI传感器时，不需要保证初始相位差恒定，且对腔长漂移不敏感，具有良好的 稳定性和实用价值。     

小型铯原子钟微波腔调谐过程的仿真研究

通过建立模型,利用Ansoft HFSS 12.0对小型铯原子钟内微波腔的调谐过程进行了仿真,得到了调谐棒半径、在调配器内长度与微波腔谐振频率之间的关系曲线。结果表明,调谐棒半径一定时,调谐棒长度在一定范围内,微波腔谐振频率随着长度的增加逐渐下降;随着半径的增大,微波腔谐振频率的变化范围逐渐增大,在铯原子跃迁中心频率处,调谐棒长度对微波腔谐振频率的影响变大。根据仿真结果,给出了调谐棒半径的取值范围,为微波腔的设计、加工和调谐提供了理论指导。     

二维三维信息融合的空间非合作

为实现位置和姿态的测量,常用敏感器包括激光类敏感器和双目立体视觉类敏感器.激光类敏感器的测量结果受目标反射特性的影响较大,而双目立体视觉敏感器的测量精度又受杂光和自身基线长度的限制.针对这两类敏感器在各自应用中存在的问题,提出一种融合二维三维信息进行位置和姿态求解的方法,综合利用二维和三维测量敏感器各自的优势来获取目标信息和进行相对位置姿态测量.通过算法仿真和试验验证了方法的可行性.     

压电陶瓷晶片受迫振动分析及其应用

从基本压电方程出发,推导了压电陶瓷晶片面内受迫振动计算公式,并结合共振实验,提出了一种直接测量压电陶瓷晶片压电常数的方法.与传统的压电常数测量方法相比较,本方法具有许多优点.由于减少了中间环节,测量结果的精度也得到了提高.      

激光测距传感器光束矢向和零点位置标定方法

激光测距传感器常用于飞机壁板法向检测。为了解决激光测距传感器加工和安装误差导致的法向检测精度下降问题,提出和实施了一种利用几何数学模型和最小二乘法进行激光测距传感器光束矢向和零点位置标定的方法。首先,利用角度标定理论获取激光束与主轴进给方向的夹角。然后,借助激光跟踪仪建立坐标系,根据激光测距传感器射在与电主轴进给方向成不同夹角的平面上的测量值,利用几何数学模型计算出各激光点之间的相对坐标,运用最小二乘法拟合出激光束的空间方程,进而得到光束矢向和零点位置。最后,在航空制孔机器人平台上进行标定实验,并且根据标定结果进行了实验验证。实验结果证明:该方法能够较为准确地标定出激光测距传感器的光束矢向和零点位置,可使法向检测精度在0.18°内。