调制转移光谱对激光频率起伏分辨率的影响因素分析及优化方法

采用电光位相调制器对泵浦光进行位相调制,得到射频调制转移光谱(MTS),并研究MTS光谱的类色散信号中心过零点斜率优化问题。通过改变泵浦光的调制频率,泵浦光与探测光的光斑大小,研究MTS光谱信号过零点斜率与二者之间的参数依赖关系,在泵浦光调制频率为~3.6 MHz(大约是自然线宽的0.69倍)时,得到最佳的MTS光谱信号。最后利用最优的MTS光谱将DL Pro@852 nm激光频率锁定到铯原子D2线(F=4)-(F=5’)循环跃迁,在60 min采样时间内激光频率起伏约为170 kHz,与自由运转时激光器~11 MHz的频率起伏相比,频率起伏得到了显著改善。

用调制转移光谱技术研制微型全固体稳频激光器

报道采用自行研制的半导体激光泵浦微片Ｎｄ∶ＹＶＯ４晶体,经驻波腔内ＫＴＰ晶体倍频获得５３２ｎｍ激光输出的全固体单频可调谐微型激光器．采用光外差调制转移光谱技术获得超高信噪比碘分子跃迁超精细结构光谱,并实现频率稳定度优于１０－１２(１秒积分时间)的激光频率高精度绝对锁定．

铯原子调制转移光谱在激光稳频中的应用

利用铯原子D2 线的调制转移光谱的鉴频特性 ,实现了光栅外腔式主振荡器 功率放大型(MOPA)半导体激光器相对于铯原子 62 S1/ 2 F =4→ 62 P3/ 2 F′ =5超精细跃迁的偏频锁定 ,在 10 0ms内激光频率的相对起伏小于± 2 80kHz .相对于一般的饱和吸收锁频方法而言 ,调制转移光谱在锁频中的应用不仅彻底消除了Doppler背景对锁频的影响 ,而且还避免了对激光器直接进行频率扰动而带来的附加频率噪音 .

基于调制转移光谱多参量相关的激光稳频特性研究

基于调制转移光谱技术实现了分布式反馈半导体激光器在87RbD2线F=2→F΄=3上的频率锁定,并理论和实验研究了调制频率、解调相位、泵浦光偏振和磁场等多参量对调制转移光谱信号幅值、过零点斜率的影响,为选择和优化调制转移光谱稳频技术提供依据。研究表明,当泵浦光调制频率位于9~15 MHz,调节信号相位改变量在π/5附近时,可获得最佳的锁频信号。实验中,当调制频率为12.5 MHz,泵浦光与探测光偏振角为90o,外加磁场为5 Gs时,通过优化解调信号相位和比例积分微分控制参数,使调制转移光谱信号幅值及过零点斜率达到最佳,实现了分布式反馈半导体激光器的高精度频率锁定。锁频后的激光线宽约为1.6 MHz,频率稳定度小于1.75×10-9,该锁频激光系统可用作冷原子干涉的光源。

碘吸收激光稳频中调制信号的理论计算

激光频率标准是将激光频率锁定于原子或分子的超精细能级间的跃迁频率,从而获得高精密度的激光频率输出。在激光稳频研究工作中,通常将碘分子的吸收谱线采用导数谱、FM光谱和调制转移光谱MTS(ModulationTransferSpectroscopy)进行频率的精密控制。为更好地消除吸收谱线的本底噪声,目前最好的稳频方案是采用调制转移光谱法。它具有高灵敏度、高分辨率和无多普勒背景等特点。从物理学的原理出发,分析了激光对介质的极化机理,导出介质对激光的吸收和色散作用的数学模型,用信号处理的技术从理论上推导了MTS谱线线型,分析了光谱线型的特性,讨论了提高激光频率稳定度的各种情况。

光栅型光谱仪波长准确度校准方法

针对低压汞灯谱线能量弱且量值无法溯源的难题,本文以1 064 nm单块固体环形激光器作为基频光,经过两次倍频分别得到532 nm、266 nm激光,通过调制转移光谱技术将532 nm激光频率锁定在碘分子超精细谱线上,以此为基础对光栅型光谱仪的波长准确度进行校准。实验结果表明,稳频波长源输出的三波长具有严格的倍数关系,能够准确有效地对光栅型光谱仪波长准确度进行校准,具有很好的实际应用价值。

光谱分析、光谱测量

O433.4 2000063795红外光谱技术诊断火焰温度和组分浓度的研究=Infraredspectroscopy diagnosis for flame temperatureand species concentration[刊,中]/杨振中,楚书华,李径定(浙江大学能源系.浙江,杭州(310027))//红外与毫米波学报.—1999,18(6).—479—484基于气体分子辐射吸收指数宽带模型,分析了火焰温度和组分浓度的诊断原理和计算方法,建立了红外光谱诊断系统,并进行了实验研究。结果表明诊断精度较高,从而实现了火焰温度和多种组分浓度的同步诊断。

基于Rb^(87)调制转移光谱稳频技术研究

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D_(2)线超精细谱线5^(2)S_(1/2)(F_(g)=1)→5^(2)P_(3/2)(F_(e)=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^(87)5^(2)S_(1/2)(F_(g)=1)→5^(2)P_(3/2)(F_(e)=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。

采用铷原子射频频率调制光谱与调制转移光谱对1560nm激光经波导倍频至780nm进行稳频的比较

采用射频频率调制光谱（RF－FMS）和调制转移光谱（MTS）将1560 rim分布反馈激光器经MgO：PPLN波导高效倍频后锁定于^87Rb原子D2线超精细跃迁。比较了两种方法的原理、谱线以及锁频结果。激光器自由运转30 min的典型频率起伏为8～10 MHz，采用RF—FMS和MTS锁频30 min的频率起伏均方根分别为±135 kHz和±85 kHz，这主要是由于后者的信噪比高，谱线完全无背景。采用MTS方案，搭建了一套结构紧凑、性能稳定的1．5μm光纤通信波段激光稳频系统。

微型Nd¨YVO_4激光器在碘分子调制转移光谱中的应用

以半导体激光器抽运微型 Nd:YVO4 倍频激光器为光源获得碘分子在 532 nm处的光外差调制转移光谱信号 。

铯原子D_2线调制转移光谱的实验研究

以光栅外腔半导体激光器 (ECDL)作为光源 ,获得了铯原子D2 线B线 (6 2 S1/ 2 F =4→ 6 2 P3 / 2 F′ =3,4,5 )的调制转移光谱 (MTS)。与传统的饱和吸收光谱作了比较 ,并对不同调制频率下的调制转移光谱特性作了实验研究。将频率调制信号直接加在声光频移器上 ,相对简化了调制转移光谱的实验装置。

基于LabVIEW的光纤激光器稳频系统设计

本文利用工控机、NI数据采集卡、外围光路搭建激光稳频硬件系统,以调制转移光谱技术为基础,使用LabVIEW FPGA开发了一套单频光纤激光器数字稳频控制软件。基于调制转移光谱产生的伺服控制信号,通过采集误差信号,经PI处理后控制压电陶瓷伸缩,将780nm的激光频率锁定在铷原子的超精细跃迁谱线上。Allan方差结果显示,短期稳定度为1.52×10^(-11)@10s;长期稳定度优于1.56×10^(-11)@100000s,可连续运行20天以上。该数字稳频软件利用图形化编程语言,大大节约开发周期,操作界面直观简洁,方便用户分析处理。已成功应用于铷87喷泉钟系统中,且该稳频系统具有通用性,可应用于原子干涉仪、激光陀螺仪等精密测量领域。

边带非对称性对调制转移光谱中心频率的影响

调制转移光谱技术广泛应用于高精度激光稳频，而调制边带的非对称性会引起调制转移光谱谱线中心过零点的频移，从而影响稳频的长期稳定性及复现性．从密度矩阵运动方程出发，导出非对称边带的调制转移光谱线型公式．以此线型公式为基础，从理论上举例讨论了几种因素对稳频的影响，并模拟计算了谱线中心频移与边带非对称程度的关系．

调制转移光谱线型的理论计算

本文从密度矩阵运动方程出发,研究了经位相调制的光束和未经调制的光束同时与串联式三能级系统相互作用的过程,并计算了基于近简并四波混频过程的光外差调制转移光谱讯号的线型。计算结果表明它能有效地克服中间能级近共振所产生的多普勒背景,并有效地区分单光子饱和吸收讯号和双光子跃迁讯号。

调制转移光谱光频率标准系统中电光参数的优化研究

根据窄带相位调制光在非线性吸收介质中的近简并四波混频的物理机理,分析了采用电光调制器实现调制转移光谱(MTS)技术的电磁场激励及其动态演化过程,建立了MTS中频率色散谱和吸收谱的理论模型.研究结果表明:以分子吸收谱线色散谱信号作为频率误差鉴别信号时,系统调制频率取0.72倍谱线线宽附近可以得到最佳的色散信号强度;解调相位的变化对吸收谱的影响很大,但对色散谱而言,解调相位在90°附近的小范围波动对频率误差信号解调效果影响不大;调制度在0.5—1区域可以得到较好的综合稳频效果.

调制转移光谱的最佳吸收程

调制转移光外差光谱信号的信噪比(SNR)和中心斜率与吸收程等有关.采用吸收程微元叠加法———把吸收程分成n段,计算出每一段产生的调制转移光谱信号元,再对n求和得到总的调制转移光谱信号.利用该方法,理论上研究了调制转移光谱信号相对强度及中心斜率随吸收程的变化,得到最佳吸收程.实验上比较了碘池温度为-15℃时一倍程(40 cm),二倍程(80 cm),三倍程(120 cm)和四倍程(160 cm)的光谱信号信噪比和谱线中心斜率,得到三倍程时信号信噪比和谱线中心斜率为最大,估算得到相应的激光稳频精度为9×10-14(1 s积分时间).通过吸收程优化过程获得的调制转移光谱信号用于激光频率稳定控制,有望获得更高的稳频精度.

光学谐振腔增强碘分子调制转移光谱

提出了一种新的高灵敏激光光谱技术激光双频相位调制环形腔增强调制转移光谱技术。该技术采用单一晶体实现激光双频相位调制,在满足环形腔高精度锁定的同时,又结合了调制转移光谱技术的高灵敏度、高分辨率、无多普勒背景的优点和环形谐振腔增强技术在提高谱线信噪比方面的优势;由此,实验观察到127I2分子在532nm波段高信噪比的超精细结构光谱。与传统调制转移光谱技术相比,该技术在提高微弱吸收光谱信号的探测灵敏度方面具有明显的优势,在高灵敏、高分辨光谱检测和激光稳频方面将有很好的应用前景。

基于铷原子调制转移光谱技术的1560nm光纤激光器频率锁定研究

1560 nm窄线宽激光器作为光学C波段的重要波长成分,在光纤传感和激光雷达等领域有着广泛的应用,实现该波段的激光稳频对光谱学和精密测量具有重要意义。本文采用1560 nm窄线宽光纤激光器作为种子光源,倍频至780 nm波段后,利用调制转移光谱(MTS)将倍频光锁定在铷原子(^(85)Rb)D2线的3-4交叉峰上;并研究探测光和泵浦光功率比、调制解调信号的频率和幅值来优化MTS信号,最终同时实现1560 nm光纤激光器的频率锁定及780 nm的稳频输出。激光器稳频后与低噪声精密锁定的光学频率梳进行拍频,通过频率计测量拍频信号并进行Allan方差分析,积分时间为10 s时,相对频率稳定度为1.4×10^(-11)。