利用光学拍频法可实现稳频He-Ne激光波长稳定度的测量以及波长不确定度的评定。报道了一种可应用于测量现场的便携式633nm激光波长评价系统, 介绍了拍频测量技术原理、激光波长评价系统的基本构成以及与非便携式的传统拍频系统测量激光波长的比对结果。波长评价系统对传统光学拍频光路部分进行了改进并集成为一个便携测量系统, 系统采用了全新设计的集成式光学拍频模块、小型化高精度频率计以及频谱监测仪器实现了高信噪比拍频信号的产生、计数与监测, 并自主开发了拍频测量数据采集、处理与分析软件。实验结果表明该系统能够在测量现场实现激光波长的稳定度以及不确定度评价, 提升了现场测量的便捷性以及测量效率。

面向高速空间相干光通信的应用需求, 研制了一种同谱段异频点高稳定的四路集成激光器模块, 并采用了梯度反馈控制方法, 该反馈方法根据温度反馈值将控制事件分为五种层级, 按照优先级顺序梯次调控每路温度和电流, 降低了温度漂移和电流抖动, 从而有效降低了伺服系统对激光器线宽的影响.将该方法应用到模块控制中, 为了给它提供更加精确的温度反馈值, 在硬件方面采用温度被动反馈放大电路, 消除了电流分量引起的误差, 实验测得温度漂移低于0.001 ℃, 电流抖动低于0.6 μA.采用外腔半导体激光器, 集成为模块后四路激光器洛伦兹线宽在4.5~7.5 kHz之间, 阿伦方差均小于4×10－9.将该激光器模块应用到空间光通信中, 测试了四种调制格式下的误码率, 并演示验证了4×50 Gb/s 16QAM超高速空间相干光通信, 结果表明该模块在空间光通信中具有良好的应用前景.

一氧化碳作为一种危险的开采排放气体, 在复杂的井下环境中极易累积, 对矿工生命安全造成严重威胁。 介绍了一种紧凑型一氧化碳检测仪, 该仪器采用激发波长为465 μm的量子级联激光器作为光源, 配合中红外碲镉汞光电探测器与光程长度12 m的紧凑型多次反射气室, 实现了对痕量一氧化碳气体的检测。 自主设计的新型高速光电信号采集系统解决了应用商业示波器造成的信号链阻抗失配的问题。 这一新系统的采样带宽为400 MHz, 采样频率1 GSPS, 垂直分辨率达到12 bit, 有效的提高了检测仪的灵敏度与集成度。 该仪器采用长光程差分吸收光谱法, 通过比较实测光谱与进行Voigt展宽的理论光谱之间的残差得出此检测仪的检测下限为108×10-9。 检测仪的测量误差有非平稳, 慢时变的特点。 根据这一特点我们采用阿伦方差对气体检测仪检测灵敏度进行了估计, 经过约40 s方差曲线达到极小值, 此时阿伦方差值为61×10-9。 在2 h的稳定性测试中, 检测仪稳定度达到21×10-3, 在长达12 h的稳定性测试中, 检测仪的稳定度依然可以达到17×10-2。 此仪器具有较高的灵活性, 通过更换不同激射波长的激光器可以实现对多种气体的痕量检测。

在铷原子气室中实现了饱和吸收谱稳频法和消多普勒的双色谱稳频法, 以给在建的原子干涉重力仪系统选择合适的激光稳频方法。介绍了两种稳频方法的基本原理及实验细节。通过调整光路设计、自制低噪声光电探测器以及应用数字锁定模块, 获得了良好的鉴频误差信号。每种方法都搭建了两套稳频系统并在3 000 s采集时间内保持锁定。激光器在经饱和吸收法和消多普勒双色谱法锁定后, 激光频率波动分别为16.2 kHz和31.4 kHz, 相应于在10 s采样时间下分别获得4.21×10-11和8.18×10-11的频率稳定度; 相比之下, 激光器自由运转时, 频率波动和稳定度分别为629 kHz和1.64×10-9。在原子重力仪系统小型化的需求下详述了两种稳频方法的优缺点, 比较而得消多普勒的双色谱稳频法在原子干涉重力仪的小型化模块化发展方向不失为具有潜力的一种选择。

建立了633 nm 波长标准装置，已为各行各业的激光干涉仪、激光跟踪仪等测量设备提供精准的长度校准服务。采用稳频激光器波长校准的拍频原理，将测量值溯源到长度波长基准。该激光器波长校准装置包括：参考激光器、被检激光器、合束镜、光电探测器、带宽放大器、频谱分析仪、频率计以及微机数据采集系统。分析了提高检测精度的影响因素。给出了拍频实验输出结果时间频率采样图。解析了波长、频率、稳频特性等检定项目的判定依据。

Two extended-cavity diode lasers at 780 nm which are longtime frequency-stabilized to Rb87 saturated absorption signals are reported. A high-performance frequency-locking circuit module using a first-harmonic detection technique is designed and achieved. Two lasers are continuously frequency-stabilized for over 100 h in conventional laboratory condition. The Allan standard deviation of either laser is estimated to be 1.3×10^-11 at an integration time of 25 s. The system environment temperature drift is demonstrated to be the main factor affecting long-term stability of the stabilized lasers based on our correlation study between beat frequency and system environment temperature.