1 中南民族大学电子信息工程学院, 湖北武汉 430074
2 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院, 湖北武汉 430074
为了满足我国先进中高层大气测风温激光雷达的高精度探测需求, 介绍了一种基于高精度波长计和高性能数模转换器等器件, 结合自主编写软件搭建的一套主动反馈稳频系统, 实现了对 1319nm种子激光器的稳频控制。经过波长稳定度测试实验, 结果表明该系统能够使种子激光的波长连续 12h锁定在 1318.81999±0.00006nm范围内(稳频精度小于 20.7MHz), 波长稳定度提高 5个量级, 波长的 Allan方差单调递减趋近于 10-6, 实现了对种子激光波长的长期精确锁定。该结果将为其他同类激光雷达的高精度探测提供技术保障。
激光稳频 波长电压转换 半导体激光器 激光雷达 艾伦方差 laserfrequencystabilization voltage-wavelengthconversion semiconductorlaser lidar Allanvariance
1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部,上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室,上海 201800
3 中国科学院大学,北京 100049
铷87的双光子光谱具有高信噪比、无多普勒展宽、窄线宽等特点。构建了基于87Rb原子双光子跃迁的光学频率参考,分析测试了影响其短期稳定度的因素。利用778 nm外腔半导体激光器激发双光子跃迁产生420 nm荧光信号,通过荧光信号锁定激光器频率。探讨了谱线线宽、信噪比、功率、温度相关的谱线展宽、光频移、系统结构稳定性和调制宽度等对频移和稳定度的影响。采用螺栓锁紧结构固定光学元件,大幅改善了光学对准引起的稳频误差,通过直接调制激光器电流实现了秒级稳定度为1.5×10-12、500 s稳定度为2.88×10-13的光学频率参考。与其他基于饱和吸收的光学频率参考相比,构建的基于87Rb原子双光子跃迁的光学频率参考的稳定度提高了10~100倍。光学对准对于提高荧光探测信噪比和优化长期稳定度具有重要意义。验证了内调制实现双光子光学频率参考的可行性,并提出了进一步优化短期稳定度和长期稳定度可采用的技术方案。
激光器 双光子跃迁 激光稳频 光学对准 频率稳定度 中国激光
2023, 50(23): 2301013
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学,北京 100049
通过调制转移光谱稳频的方式,将外腔半导体激光器频率锁定于87Rb原子D2线超精细跃迁52S1/2,F=2→52P3/2,F=3,使激光器线宽由自由运转的382.18 kHz压窄至稳频后的37.94 kHz。稳频后的窄线宽激光用于积分球冷原子钟的探测光,可以将激光频率噪声对原子钟短期稳定度的影响降低至5.6×10-14 τ-1/2。
激光器与激光光学 调制转移光谱 激光稳频 外腔半导体激光器 积分球冷原子钟 频率稳定度 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1514008
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院原子频标重点实验室,湖北 武汉 430074
2 中国科学院大学物理学院,北京 100049
要实现微型光学原子磁强计需要精确测定气室温度和实现高精度气室温控。提出了一种无温度传感器的气室温控方案。该方案首先探测激光输出功率,采用激光功率伺服控制激光器的注入电流以锁定光功率;然后探测原子吸收光谱,利用同步调制解调技术将其转变成激光频率鉴频信号,采用激光频率伺服控制激光器温度,将激光频率锁定在吸收谱线中心;最后利用原子吸收光谱中心信号幅度来测量气室温度,从而实现气室温控。采用本方案实现了气室温控,温控效果与采用热敏电阻测温所实现的气室温控效果相当,为实现微型光学原子磁强计气室温控提供了一种备选方案。
激光光学 微型光学原子磁强计 气室温控 原子吸收谱线 激光稳频 中国激光
2023, 50(13): 1301003
1 哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所,黑龙江 哈尔滨 150080
2 超精密仪器技术及智能化工信部重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150080
激光干涉位移测量技术因具有大量程、高分辨力、非接触式及可溯源性等特点,成为当前与下一代高端装备、超精密计量的基础性技术之一。在简要介绍国内外现有的各类亚纳米级激光干涉仪的基础上,重点从“精”“准”“快”方面综述了面向亚纳米、皮米级激光干涉位移测量技术的研究成果。首先,从激光干涉测量原理出发,分析了限制激光干涉仪中测量分辨力、速度等进一步提升的主要误差项及技术难点;其次,重点列举了近年来国内外在激光器高精度稳频、高精度干涉镜组、高速/高分辨力相位细分技术、环境补偿与控制等方面所取得的重大关键技术突破;最后,对下一代超精密激光干涉位移测量技术的发展趋势进行了总结与展望。
激光干涉仪 亚纳米与皮米测量 激光稳频 信号处理 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312016
华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海 200241
用583 nm半导体倍频激光器获得了碘分子R67(15-1)跃迁的超精细分量调制转移谱(MTS)。针对超冷铒原子实验中冷却光的频率稳定,利用Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术作为前级反馈将激光器稳定在法布里-珀罗腔,用碘分子MTS稳频作为后级反馈,以克服光学参考腔不可避免的长期漂移。稳频后4 h的监测结果表明,相比仅用PDH稳频的漂移量(205 kHz),双系统稳频时的最大频率起伏为±12 kHz,满足超冷铒原子实验系统长时间稳定运转的需求。本方案拓展了碘分子光谱在583 nm激光稳频的应用,也为激光冷却铕、铥等元素中冷却光的频率锁定提供了参考。
激光器 调制转移谱 激光稳频 碘分子 超冷原子 激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2314001
红外与激光工程
2022, 51(4): 20210156
光子学报
2021, 50(11): 1114003
1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 国科大杭州高等研究院, 浙江 杭州 310024
相对于传统的780 nm饱和吸收光谱稳频技术,调制转移光谱法具有更高的灵敏度和分辨率。采用调制转移光谱技术将1560 nm分布式反馈激光器经全光纤放大和PPLN晶体高效倍频至780 nm后锁定在Rb 87原子D2线超精细谱线5 2S1/2(Fg=1)→5 2P3/2(Fe=0,1)交叉共振峰上,20 h激光器的频率漂移峰峰值为105 kHz,1 s的阿伦方差为3.7×10 -11,10000 s的阿伦方差为4.6×10 -12。研究了铷泡吸收长度对频率稳定性的影响。针对Rb 875 2S1/2(Fg=1)→5 2P3/2(Fe=0,1,2)吸收峰较弱问题,研究了不同偏振类型的泵浦光和探测光对误差信号的影响。
激光光学 激光稳频 调制转移光谱技术 反馈光 偏振 超冷原子 中国激光
2021, 48(21): 2101003