声光偏频亚多普勒光谱无调制激光频率锁定

将激光器锁定到合适的参考频率标准上 ,可以有效地改善激光器的频率稳定性。采用两个声光调制器(AOM) ,使铯原子D2 线饱和吸收光谱分别发生Ω±Δ绝对频移 ;通过改变射频压控振荡器 (RFVCO)的Vf 端口直流电压调节相对频移间隔Δ ,当相对频率间隔选择合适时两信号相减得到了类色散型鉴频曲线。实验中实现了85 2nm光栅外腔半导体激光器相对于铯原子D2 线6S1/2 F =4 6P3 /2 F′ =5超精细跃迁线 (中心频率ν0 )的无调制偏频锁定 (锁定后中心频率ν0 +Ω ,偏频量为Ω)。由闭环锁定后的误差信号估计 ,5 0s内典型的频率起伏小于± 2 70kHz ,较相同时间段内激光器自由运转时的频率起伏 14MHz有显著的改善。该方法可避免对激光器直接进行频率调制的常规饱和吸收锁频方案所引入的额外频率噪声和强度噪声。

空心阴极灯中镧原子消多普勒光谱

我们在自制的La-Kr阴极灯中,用内调制、消多普勒荧光法研究了镧原子一些能级的超精细结构.据我们所知,其中20197.34cm^(-1)、21447.86cm^(-1)能级的超精细结构常数A、B尚无报道,这还是第一次.此外,还获得了线宽小于40MHz的线型和来自公共低能级的所有交岔线(Cross-Over line).对阴极灯中原子光谱特性进行了研究.

基于多普勒非对称空间外差光谱测速的复合光程差相移解算方法

非对称空间外差光谱技术是一种新型的超高分辨率遥感探测技术,基于其光通量大、体积小、精度高的特点,适用于深空环境下的高精度探测工作.也正因其高灵敏度的特性,使得实验中的各种细节因素都可能对测量结果造成干扰.本文从实验条件的角度,重点考虑条纹中心位置偏移、光照不均匀、高斯噪声等因素的影响,提出了复合光程差相移解算方法.经仿真计算和数据分析得出,相位标称点相对中心位置的偏移量会显著影响光谱测速的系统误差,而复合光程差相移解算方法能够在一定程度上平滑环境噪声和随机干扰造成的光谱测速精度误差.对于1%程度的高斯噪声干涉条纹图像,采用复合光程差相移解算方法能够将测速误差控制在5‰以内,使得非对称空间外差光谱技术能够更好地适用于空间光电精密测量的相关应用中.

基于多普勒非对称空间外差光谱技术的多普勒测速仿真

阐述了多普勒非对称空间外差光谱仪用于被动式多普勒测速的基本原理,通过综合考虑干涉条纹对比度和仪器测速灵敏度等关键因素,建立了效率函数,分别针对高斯线型和洛伦兹线型发射谱线,从理论上推导了最优单臂偏置量的选择依据,并以高斯线型目标谱线为例进行了仿真验证.同时,提出了一种基于部分干涉条纹反演多普勒速度的数据处理方法,简化了多谱线目标源的数据处理过程.结合自适应频率跟踪算法对单谱线目标源和多谱线目标源进行了仿真比较,仿真结果表明,在不考虑噪声的情况下,该方法针对多谱线目标源的多普勒测速最大绝对误差在0.004 m/s以内,与针对单谱线目标源的处理精度相当,可以满足实际应用的精度要求.

用多普勒频移光谱法测量HL-2A中性束能量成分

实验利用多普勒频移光谱方法测量了HL-2A托卡马克装置中性束能量成分H(E),H(E/2),H(E/3)之比。借助电荷交换复合谱系统测量注入HL-2A的中性束辐射的Hα谱线,由于多谱勒效应,不同能量的氢原子辐射的Hα谱线会有不同程度的频移,从而在光谱图上得到全能量,半能量和1/3能量三峰Hα谱线。通过Matlab编写程序对实验的原始谱线进行拟合,并计算出中性束的三个能量成分之比。

冲击噪声对多普勒差分干涉仪相位反演精度影响分析及校正方法

多普勒差分干涉仪通过测量干涉条纹的相位变化反演大气风速,由于CCD探测器会受到宇宙射线干扰和CCD自身存在的热像元,干涉图上会形成位置和强度随机的冲击噪声,严重影响风速反演精度.本文探讨了冲击噪声各参数对多普勒差分干涉仪相位反演精度的理论影响,并对冲击噪声进行修正,针对干涉图冲击噪声的特点,基于多普勒差分干涉仪相位反演模型,建立了相位误差与冲击噪声特征参数之间的理论模型,分析指出冲击噪声的强度、位置、峰宽对相位反演精度影响规律,并利用实验数据进行验证.结果表明,相位反演误差随冲击噪声的位置呈周期性变化,与冲击噪声强度和峰宽呈正相关.提出一种最近邻比较与加窗中值滤波结合的干涉数据冲击噪声校正算法,能够有效修正冲击噪声点,且不会对原始干涉数据产生影响,校正后冲击噪声引起的相位误差减小90%以上,有助于提高后续干涉数据处理的精度.

基于偏振干涉成像光谱仪的视场增强和相位热漂移补偿关键技术的研究

偏振干涉成像光谱技术以傅里叶变换光谱学为理论基础,以一系列起偏/检骗器、剪切分束器和延时晶体等双折射晶体材料为主要结构,较之传统光栅式色散型光谱仪具有多通道、图谱合一、大光通量、高信噪比和抗环境振动干扰等一系列优点,并且结合多普勒光谱学相关原理和技术,已被广泛应用在各种天文学和天体物理学测试与计量领域如空间遥感、视向速度、宇航飞行、月球探测等。但是许多前人研究工作中仍然存在两个尚未妥善解决的问题:(1)视场受限。普通型偏振干涉成像光谱仪存在远场条纹的弯曲而使系统视场角限制在±2°以内,严重影响傅里叶变换后的光谱重构精度;(2)相位热漂移。晶体的热胀冷缩和双折射率之差随温度变化的特性导致像面干涉条纹发生随机抖动误差,将严重影响以多普勒频移为原理的视向速度等测量精度。因此,首先引入一块半波片构成增强型的Savart剪切分束器实现主动的视场展宽,可以使增强后的观察视场角达到±10°左右。这一改进不仅提高了傅里叶光谱变换的算法精度,同时也大幅增加光通量从而实现对微光光谱进行高信噪比的探测与标定。另外,为了消除环境温度造成的相位热漂移误差,选用偏硼酸钡(α-BBO)和铌酸锂(LiNbO3)两种晶体进行精密组合匹配。该关键技术利用这两种晶体的双折射率之差随温度变化的相反特性,从而实现相位热漂移误差补偿。实验证明,在实验室环境温度下热相位漂移误差不超过0.02rad。通过这些方案改善偏振干涉成像光谱仪的测试精度,拟实现对天文光梳以及其他大型天文光谱仪器快速而精确的标定与测试。

四光束饱和CARS光谱的计算

本文计算了四光束饱和相干反斯托克斯喇曼散射(CARS)光谱线型和多普勒加宽谱上的烧孔线型,给出了它们的近似解析式。分析了利用CARS线型上烧孔的消多普勒高分辨率饱和光谱方法。

高分辨高精密甲胺分子C—N伸缩带的兰姆凹陷饱和吸收红外光谱

甲胺分子(CH3NH2)是最简单的胺类分子,但由于分子中振动-转动-扭动-反转的相互作用使得其能级结构复杂和丰富密集且谱线强度差异很大的波谱,尤其是在频率中心位于1 044cm-1的C—N伸缩振动带。我们使用利用兰姆凹陷光谱技术自主研发的分辨率为0.4 MHz的二氧化碳激光和微波边带红外光谱仪将甲胺分子的C—N伸缩振动带的多普勒光谱中密集重合在一起的上百条谱线逐条分辨开和精密地测量了它们的跃迁频率。将它们标识归类和对J(J+1)作幂级数展开后,我们求得了27个系列的最初跃迁频率和它们的有效转动常数。

CPT原子钟VCSEL波长锁定环路的设计与实现

以Cs原子D2线的跃迁频率作为波长锁定参考频率,采用多波长多普勒吸收光谱波长锁定方法,设计CPT(相干布居囚禁)原子钟的VCSEL(垂直腔面发射激光器)波长锁定环路,设计的环路波长控制精度优于0.000 6 nm,稳定度优于2.84×10^(-7),能稳定实现VCSEL波长在852.4 nm附近的锁定,并在此基础上获得了高信噪比的CPT信号。该VCSEL波长锁定环路已应用于CPT原子钟实验系统,频率稳定度测试结果说明,该VCSEL波长锁定环路各项性能指标完全满足被动型CPT原子钟的需求。

氮原子在800 nm附近的同位素位移

利用浓度调制的光谱技术，测量了14N和15N原子在800 nm附近的多普勒受限吸收光谱，用于研究N和N原子的同位素位移。在放电管中，通过对氮气和其载气氦气的混合气体放电产生氮原子。测量了氮原子的四个跃迁（3s^4PJ→3p^4D^oJ, 3s^4PJ→3p^4P^oJ, 3s^2DJ→5s^2P^oJ, and 3p^2P^oJ→5s^2D^oJ）的同位素位移，并观测和讨论了相应的特殊质量位移对J量子数的依赖关系.