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Abstract
1 Ultrafast Laser Laboratory, Key Laboratory of Opto-Electronic Information Technical Science of Ministry of Education, School of Precision Instrument and Opto-Electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 Division of Time and Frequency Metrology, National Institute of Metrology, Beijing 100029, China
3 Key Laboratory of Advanced Optical Communication System and Networks, School of Electronics Engineering and Computer Science, Peking University, Beijing 100871, China
4 College of Physics and Optoelectronics, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
We demonstrate the stabilization of an optical frequency comb (OFC) using a segment of fiber delay line as a reference. A mode-locked Er-doped fiber laser is phase locked to a kilometer-long fiber delay line using three different schemes. The short-term stability of the comb modes in the OFC stabilized by these schemes is obviously enhanced, down to the level at millisecond average time. Among these three schemes, phase locking two bunches of comb modes in the OFC to the same fiber delay line exhibits the lowest residual phase noise. Fiber-delay-line-referenced OFCs can provide reliable laser sources in precise metrology owing to the advances of low cost, compactness, and high integration.
optical frequency comb delay line frequency noise Chinese Optics Letters
2022, 20(2): 021204
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Abstract
National Institute of Metrology, Beijing 100029, China
An ultranarrow bandwidth Faraday atomic filter is realized based on cold atoms. The atomic filter operates at 780 nm on the , to , transition with a bandwidth of 7.1(8) MHz, which is approaching the natural linewidth of the transition. The peak transmission achieves 2.6(3)% by the multi-pass probe method. This atomic filter based on cold atoms may find potential applications in self-stabilizing lasers in the future.
Faraday effect atomic filter cold atoms Faraday laser Chinese Optics Letters
2021, 19(3): 030201
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
2 中国计量科学研究院时间频率计量研究所光学频率标准实验室, 北京 100029
研究了基于光纤飞秒光学频率梳的传递振荡器技术,介绍了其基本原理,设计并搭建传递振荡器系统,实现了主激光器与从激光器光学频率的相干传递,锁定后系统环内拍频信号的s级频率稳定度达5×10 -19量级。搭建了两套传递振荡器系统,将主激光器的光学频率同时传递至两个独立的从激光器,分析了锁定后两个从激光器拍频信号引入系统中的相位噪声。通过提高拍频信号信噪比、优化信号处理过程、减小外部环境干扰等方法,最终两个从激光器得到的环外拍频信号线宽小于30 mHz,光学频率传递的s级频率稳定度达1.4×10 -17量级。
传递振荡器 光学频率 飞秒光学频率梳 锁相环 直接数字频率合成技术 激光与光电子学进展
2020, 57(7): 070602
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1 Division of Time and Frequency Metrology, National Institute of Metrology, Beijing 100029, China
2 Department of Precision Instrument, Tsinghua University, Beijing 100084, China
A clock laser based on a 30-cm-long ultrahigh finesse optical cavity was developed to improve the frequency stability of the Sr optical lattice clock at the National Institute of Metrology. Using this clock laser to probe the spin-polarized Sr87 atoms, a Rabi transition linewidth of 1.8 Hz was obtained with 500 ms interrogation time. Two independent digital servos are used to alternatively lock the clock laser to the S01 (mF=+9/2)→P03 (mF=+9/2) transition. The Allan deviation shows that the short-term frequency stability is better than 3.2×10 16 and averages down followed by 1.8×10 15/τ.
140.3425 Laser stabilization Chinese Optics Letters
2018, 16(5): 051402
1 中国计量大学光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
2 中国计量科学研究院时间频率计量研究所, 北京 100029
3 清华大学精密仪器系, 北京 100084
搭建了一套光纤相位噪声抑制系统。通过环外自拍频, 得到噪声本底的秒级频率稳定度为6.8×10-18, 2000 s平均时间后达到2.3×10-19。利用该系统可实现窄线宽激光频率在1.6 km实际光纤链路中的传输, 传输后环外自拍频信号的秒级频率稳定度可达1.2×10-17。基于连接两个实验室的808 m实际光纤链路, 将此系统应用于1.5 μm超稳激光的比对, 通过拍频测量得到激光线宽为(0.54±0.15) Hz, 秒级频率稳定度为1.2×10-15。
激光光学 光纤相位噪声抑制 超稳激光 频率稳定度 窄线宽
1 中国计量大学 光学与电子科技学院，杭州 310038
2 中国计量科学研究院 时间频率计量研究所，北京 100013
3 清华大学 精密仪器系，北京 100084
在锶原子光晶格钟实验中，为了应对多变的实验环境和复杂的实验需求，使得某些光路中的激光不仅能够保证功率稳定，还可以进行时序性调控,采用了声光调制的方法,基于声光晶体的衍射效率随加载于其上的射频功率变化而变化这一原理，建立了一套反馈控制系统，实现了激光功率的主动稳定以及功率设定值的时序性可控。结果表明，在该系统中激光会根据时序控制信号稳定地工作在控制范围内的任意功率强度上，与无功率稳定的状态相比，激光功率的稳定度从10-2量级提高到了10-4量级。该系统的特点在于能够对功率进行稳定的时序控制。
激光技术 激光功率稳定 声光调制 时序控制 伺服反馈 laser technique laser power stabilization acousto-optic modulate timing sequence control servo feedback
1 中国计量学院光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
2 中国计量科学研究院时间频率计量研究所, 北京 100013
3 清华大学精密仪器系, 北京 100084
宽带波导型电光调制器(EOM)可以施加多个频率射频信号，通过3个频率的合成，在激光载波上调制出3对边带。利用这3对边带某一侧的3个频率信号进行Pound-Drever-Hall(PDH)频率锁定实验，通过调整其中某一个频率信号的相位，可以实现对频率锁定误差信号基线的调整。频率锁定系统中的剩余幅度调制(RAM)噪声同样造成误差信号基线的漂移，通过主动反馈控制系统调制频率信号的相位，实现了对剩余幅度调制噪声的抑制。实验表明，在主动反馈系统闭环后，对剩余幅度调制噪声的抑制程度达到30 dB以上，并有效地抑制了噪声漂移。
激光器 激光频率稳定 频率调制光谱 剩余幅度调制 电光调制器 伺服控制
1 中国计量科学研究院时间频率所, 北京 100029
2 清华大学精密仪器系, 北京 100084
为了测量87Sr原子光晶格钟的钟激光频率和控制红冷却激光及光晶格激光的绝对频率，实验建立了一套掺铒光纤光学频率梳系统，并将其锁定到了氢钟参考信号上。光梳的可见光测量部分对689、698及813 nm 等特定波长功率进行了优化(在同一扩谱支路中不同时获得)，其输出光谱功率大于120 mW，单点频率下的功率在2 nm 宽度时大于200 μW。实验得到的外激光和光梳梳齿拍频信号信噪比大于30 dB(在分辨率带宽300 kHz时观测)，锁定后频率跟踪秒级稳定度优于60 mHz。
光纤光学 计量标准 光学频率梳 光谱扩展 激光稳频
1 中国计量科学研究院时间频率计量研究所, 北京 100029
2 清华大学精密仪器系, 北京 100084
传统532 nm波长碘稳频固体激光频标装置虽然能达到很高的频率稳定度和不确定度，但装置比较庞大，不便搬运。而对于一些对激光频率稳定度要求不高的实际应用，如绝对重力仪等，缩小装置的体积以易于搬运，成为更为关注的因素。建立一套小型化532 nm固体激光器，该系统体积小巧，易于搬运。通过与原有碘稳频532 nm固体激光标准装置的进行拍频测量实验，得到1 s的阿伦偏差为2.4×10-12，并计算得到该激光器的频率绝对值为563260223436 kHz，对应的频率不确定度为52 kHz(包含因子k=2)。该系统已被用于中国计量科学研究院的绝对重力仪中。
激光器 计量 固体激光 激光稳频
1 中国计量科学研究院时间频率中心, 北京 100013
2 清华大学精密仪器与机械学系, 北京 100084
提出了采用单块折叠法布里珀罗(F-P)腔作为外腔反馈元件实现窄线宽半导体激光器，采用单块腔的光学反馈来锁定外腔激光器, 使用自相位延迟法测量该窄线宽激光器的线宽。实验结果表明，激光器线宽小于35 kHz。实验还观测到由于单块腔耦合面上各耦合点的几何量和物理量误差不一样，随着折叠面兼输入输出耦合面上的耦合点的变化，外腔激光器的线宽发生改变。
激光技术 外腔半导体激光器 单块腔 自相位延迟法
