塞曼效应实验中固体F-P标准具的应用与教学

塞曼效应实验是高校近代物理实验课程中的重要内容,学校大多采用空气隙法布里-珀罗(F-P)标准具作为分光元件,本文介绍了固体F-P标准具在塞曼效应实验中的教学与应用、干涉分光的基本原理与特征以及干涉图样的分布规律.结合相关现象与分析,给出了塞曼效应实验的光路调节、谱线观测等过程.该实验教学过程可以加深学生对F-P标准具原理的理解.

对ETALON卫星的精密定轨研究

ＥＴＡＬＯＮ卫星是１９８９年发射的激光卫星，具有正球形、高质面比和轨道近圆等特点。其轨道倾角６５°，半长径为２．５万ｋｍ。其轨道不仅稳定，而且优化了覆盖欧亚大陆及太平洋地区的几何特性，适合于测定地球自转参数，更适合于全球测地和地壳运动的研究。本文研究了对Ｅ－ＴＡＬＯＮ卫星精密定轨的要求，如摄动模型的选取，数值积分中积分步长的选取等，利用１９９４年１０月ＥＴＡＬＯＮ－２的资料，对ＥＴＡＬＯＮ－２卫星进行了精密定轨，一个月（３１ｄ）弧长的定轨精度优于１０ｃｍ，１０天弧长定轨精度优于５ｃｍ。

用于视向速度测量的法珀标准具性能测试(特邀)

通过国家天文台兴隆观测基地2.16 m望远镜高色散光纤光谱仪,对一套置于真空恒温系统中的标准具进行测试分析。实测定标谱线频率间距~29.87 GHz,波长覆盖500~685 nm,波长范围内共有5425条谱线,谱线自身宽度小于光谱仪最小分辨单元。与激光频率梳同步对比测试表明,稳定后法布里-珀罗标准具谱线超过5 h的稳定性好于0.61 m/s,可以满足天文观测一个观测夜的稳定性需求。使用这些谱线对此光谱仪重新进行波长定标,并将激光频率梳作为已知的波长标准对定标结果进行检验,法布里-珀罗标准具波长解的残差标准差约为钍氩灯波长解的一半,说明其定标精度更高。

上海天文台对ETALON卫星的激光观测

本文介绍了上海天文台对苏联发射的两颗地球动力学卫星《Etalon》的观测概况.1990年4月至12月,共获得73圈激光测距资料,其中最多一圈的测距数为4256个,测量距离超过了两万公里.

可调谐腔长的Nd:YVO_(4)自锁模激光器

针对自锁模激光器中标准具效应影响激光输出性能的问题,设计了一种可调谐腔长的Nd:YVO_(4)自锁模激光器。利用单端镀膜的晶体构成腔内标准具,对激光进行选模。理论上分析了不同腔长下光谱的模式分布与其对应的时序图,实验验证了Nd:YVO_(4)晶体的荧光谱温度特性,并分别分析了其激光光谱特性、锁模脉冲序列的时间轨迹以及频谱分布。理论与仿真结果表明:当标准具的厚度与谐振腔长的光学长度之比为b/q的简分数时,纵向模式间距可被修改为原来的q倍,并输出q次谐波锁模激光;当腔长为12.2 mm,调整标准具厚度与谐振腔长的光学长度之比为3/5时,获得了41.4 GHz的高重复频率脉冲激光输出;当垂直方向半管为6 578 m W时,平均输出功率超过2.0 W,对应的斜效率和光对光转化率分别为31.2%和30.7%。

微小角度测量装置不确定度分析及实验研究

为了准确获得基于法布里-珀罗(F-P)标准具的微小角度测量装置的测量精度,采用测量不确定度评定指南法(GUM)和蒙特卡洛法(MCM)分别进行角度测量不确定度研究。建立了GUM不确定度评定模型和MCM不确定度评定数学模型,采用正反转测角差法调整反射镜初始位置,完成了150″的角度测量重复性实验,获得了不同评定方法下的测量不确定度。评定结果显示,在150″测量范围内,GUM不确定度评定结果为0.0375″,MCM不确定度评定结果为0.0400″,在给定的0.0005″允差范围内,GUM未通过MCM验证,在当前及类似应用场景下应当采用MCM进行不确定度评定。通过正态概率图法对被测角度进行正态分布检验,2种评定方法测量不确定度结果不一致是由被测角度的分布函数偏离正态分布引起的。

短弧段ETALON卫星的SLR数据解算分析

提出一种短弧段ETALON卫星的SLR数据处理策略,仅解算卫星轨道、测站距离偏差、地球自转参数,并利用2018-01~10数据进行验证。结果表明,ETALON-1/2卫星定轨残差RMS分别为1.11 cm、1.08 cm;与IERS-C04产品相比,短弧段数据解算的X_(p)、Y_(p)、LOD参数误差RMS分别为2.21 mas、2.26 mas、218.30μs/d;与ILRS事后最终轨道相比,ETALON-1卫星R、T、N方向轨道精度分别为1.6 cm、8.5 cm、6.8 cm,ETALON-2卫星R、T、N方向轨道精度分别为2.1 cm、8.9 cm、8.7 cm。

A narrow-linewidth continuous wave Ho:YALO_3 laser with Fabry–Perot etalons

A narrow linewidth continuous wave Ho：YAP laser with two Fabry-Perot etalons pumped by a Tm：YLF laser is reported. The maximum output power reaches 8.3 W when the incident pump power is 15.8 W, with 52.5% optical-to- optical conversion efficiency and 62.6% slope efficiency. A stable laser output at 2118.1 nm is achieved, with a linewidth less than 0.4 nm （full width at half maximum）. The beam quality factor is M2- 1.25, measured by the traveling knife-edge method.

海克斯康智能制造收购德国Etalon公司助力自主连接智能工厂战略

日前,海克斯康智能制造正式宣布完成对设备校准方案提供商Etalon的收购。Etalon公司专注于提供制造行业校准方案,其方案可持续监测并实现机械工具、测量机、机器人,以及结构的补偿,确保制造部件的尺寸精度。Etalon公司的加入进一步加强了海克斯康智能制造构建自主连接智能工厂的实力。Etalon公司的解决方案主要包括机械工具测头、软件和校准设备.

具有F-P标准具照明系统的白光干涉仪测量量块的测量不确定度分析

文献[1]F-P标准具用于量块量值的传递与溯源一文(中国测试技术2012年增刊第2期54-58页)介绍具有F-P标准具的白光干涉仪检定量块的光学原理及其结构,以及检定F-P标准具的等倾干涉的原理。而进一步对具有F-P标准具的白光干涉仪检定量块的测量不确定度的分析,则由本文完成。该文首先对F-P标准具的检定及其测量不确定度就行了分析。量块尺寸在白光干涉仪上与标准具作比较测量。为减少标准具的数量,量块尺寸可以与两块或三块标准具组成的尺寸进行比较,也可以是由一块尺寸较小的标准具经过光学倍增法实现与被检量块尺寸相同进行比较。例如80mm的量块用40mm的标准具进行比较,这时在量块上的光路在标准具中多一次反射达到;90mm量块则用30mm标准具进行比较。他们也可以由两块标准具组成的尺寸进行比较。分析时以倍增法测量误差最大,以其进行计算。充分证明具有F-P标准具的白光干涉仪完全满足检定1等量块的要求。通过文献[1]及本文的介绍,映证该技术可以实现普及1等量块的检定及量块的自动化检定,特别适用于量块生产厂00级、K级、0级量块的自动化检定。

天文光谱高精度波长定标技术研究进展(特邀)

基于多普勒效应的视向速度法是探测太阳系外行星的重要方法,探测类地岩石行星需要至少10 cm/s的长期测量精度,这对波长定标技术提出了较高的要求。自2008年锁模激光器天文光梳系统在天文台光谱仪上进行波长定标测试以来,高精度波长定标技术得到了飞速发展,并在之后几年相继出现了使用连续光法布里珀罗标准具、电光调制天文光梳、微腔天文光梳等进行波长定标测试的报道。这些技术所实现的定标精度已经超越上一代基于气体吸收池或空心阴极灯的定标精度,并具有支持10 cm/s或更高长期定标精度的潜力。本文总结了这几种技术的现状并对其未来发展做了展望。

平流层飞艇激光风速仪的设计和分析

准确的风场数据对于平流层飞艇实现长时间驻空任务有着重要的安全保障作用。针对20 km高度处空气稀薄的特点,为实现平流层飞艇航行环境的风场探测需求,设计了波长为532 nm的直接探测多普勒光纤激光风速仪。使用双通道法布里-珀罗标准具为鉴频器和波长可调谐的脉冲光纤激光器,完成了系统的结构设计。系统参考了相干测风激光雷达的光路设计,采用收发合置的望远镜设计方案,无探测盲区,接收视场角较小,提高了全天探测的性能。利用液晶相位延迟器的光束偏振特性可实现光路探测方向的控制。以最小的风速探测误差为标准,通过仿真分析选取了法布里-珀罗标准具的各项参数,并对系统的风场探测性能进行了分析。仿真过程中,激光器的平均功率为500 mW,积分时间为10 s,距离分辨率为100 m,分析结果表明,风速误差在500 m探测距离内小于1 m/s,计算得出的风向误差在风速大于10 m/s的情况下,其风向精度优于5°。

法布里-珀罗标准具瞬时光敏性测量

为了研究光纤瞬时光敏性变化,应用法布里-珀罗标准具设计并搭建了测量光致折射率瞬时变化的实验平台。该平台具有沿光轴向较深的聚焦光斑,利于光照区域内均匀照射,且其获得的透射光干涉波形具有较高对比度,通过实验可详细研究光纤纤芯在光诱导下折射率瞬时动态变化。结果表明,瞬时折射率变化测量精度可达到10-5数量级。同时结合实例,实验探究了硫系玻璃光纤纤芯的瞬时动态光致折射率变化特性,在准带隙光照射下其光敏性存在2个过程行为,并依此分析了光照功率对该2个过程行为的影响。

基于F-P标准具非线性波长校准的FBG传感系统解调方法

针对光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)解调系统在变温环境下由于波长漂移引起的解调精度不足问题,提出了一种基于法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)标准具非线性波长漂移校准的FBG传感系统解调方法。研究建立了引入F-P标准具的FBG解调系统,设计了基于F-P标准具非线性误差补偿的波长校准流程,搭建了FBG解调系统在航空航天实际应用环境中的模拟实验系统,并在恒温及变温环境下进行了实验测试。实验结果表明,本文所提出方法在恒温及变温环境下的传感系统解调稳定性在±0.6 pm及±1.1 pm以内,且在变温环境下传感系统解调的波长漂移量从20.3 pm减小到0.7 pm。验证了解调方法的精度和稳定性,为航空航天等领域的结构健康监测提供了参考。

基于F-P微小角度测量原理的装置设计与实验研究

目的:设计一套微小角度测量装置并对其展开实验研究。方法:基于F-P标准具微小角度测量模型,对微小角度测量装置进行机械结构设计与实验研究。结果:所设计的微小角度测量装置与ELCOMAT 3000自准直仪在±150″测量范围内,角度测量不确定度不大于0.050″,两者示值误差不大于0.58″。结论:微小角度测量装置与ELCOMAT 3000自准直仪对比实验结果证明,微小角度测量值准确可靠。微小角度测量装置整体结构设计简单且操作简便。

基于MATLAB的塞曼效应实验仿真

塞曼效应是近代物理实验中非常重要的实验,但该实验原理比较抽象,仪器调节比较困难,因此采用计算机仿真该实验对于该实验的教学有着非常重要的意义。通过MATLAB编写程序,并在MATLAB GUI界面中模拟了通过等倾干涉圆环来展现塞曼分裂现象,观察到了不同状态的偏振光。在此基础上还测量了所用光源的荷质比,仿真结果较为理想。该仿真实验与教学相结合,可提高学生的科学素养和加深对该实验的理解。

高灵敏度VISAR研究与设计

针对VISAR测速系统中的速度灵敏度问题 ,提出了折返式标准具设计 ,有效地提高了现有仪器的速度灵敏度 ,并就此设计进行了动态实验 ,实际测试了炸药驱动钢飞片自由面速度历史 ,取得了较好的测试结果。

基于Fabry-Perot标准具的多普勒测风激光雷达

研制了1 064 nm直接探测多普勒测风激光雷达,采用Fabry-Perot标准具的双边缘技术,探测了对流层三维风场分布。介绍了多普勒测风激光雷达的总体结构和技术参数,较为详细地叙述了各部分的结构及其功能,并给出了合肥地区对流层径向风速的初步探测结果。结果表明,该激光雷达系统性能稳定,夜晚的探测高度可以达到9 km。

0.2～1.8THz波段豆油光谱特性的快速检测

针对液体样品在太赫兹光谱检测中遇到的比色皿吸收及频谱振荡问题,以豆油检测为例,在传统计算模型基础上,考虑石英比色皿对THz电磁波吸收,建立THz-TDS技术提取液体材料吸收系数和折射率的计算模型,并对得到的光谱数据利用小波变换进行时-频分析,找出频谱、吸收谱振荡的原因,采用主脉冲截取法,有效去除发射器、探测器以及石英比色皿等光学元件Etalon效应引起的频谱干涉,最后,结合实验得到的0.2~1.8THz波段豆油频谱对采用的主脉冲截取法的优缺点进行分析,并深入探讨1.0~1.8THz频段样品吸收谱、频谱残余振荡存在的原因.该测量分析方法对THz光谱技术在食用油品质检测应用方面进行了有益探索.

1.06μm多普勒激光雷达的低对流层风场测量(英文)

介绍了一套基于双边缘检测技术的1064 nm Mie多普勒测风激光雷达系统。采用Farbry-Perot标准具作为频率检测器,分析了风场中大气气溶胶运动造成的多普勒频移。利用转盘硬目标的速度校准系统对接收机校准,在±40m/s的径向速度范围内,校准精度小于1%。给出了从2006年4月23日起连续八天的风场测量结果。