基于全光纤环形谐振腔的转移腔稳频技术研究

王吉; 陈迪俊; 魏芳; 孙延光; 皮浩洋; 杨中国; 吴瑞; 应康; 蔡海文; 陈卫标

doi:doi:10.3788/CJL202047.0906005

中国激光, 2020, 47 (9): 0906005, 网络出版: 2020-09-16

基于全光纤环形谐振腔的转移腔稳频技术研究下载： 1169次

Research on Frequency Stabilization Technology of Transfer Cavity Based on All-Fiber Ring Resonator

论文大纲

王吉 ^1,2陈迪俊 ^1,*魏芳 ¹孙延光 ¹皮浩洋 ¹杨中国 ¹吴瑞 ^1,2应康 ¹蔡海文 ¹陈卫标 ¹

作者单位

¹ 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室, 上海 201800

² 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049

AI 词云图 AI语音精读 AI语音超短摘要

注：本部分内容由 AI 自动生成，请您知悉。

摘要

将保偏全光纤环形谐振腔作为转移腔,实现了1550 nm参考激光器到1572 nm从激光器的频率稳定度转移,并研究了温度对光纤谐振腔长期稳定性的影响。理论和实验表明,仅通过压电陶瓷调谐腔长不能很好地实现频率稳定度转移。因此,提出用压电陶瓷快反馈和温控实现环形腔的稳定度转移,可使从激光器的频率稳定度在积分时间为1 s时的阿伦方差为2×10 -12,在积分时间为1000 s时的阿伦方差为5×10 -12。

Abstract

Using polarization-maintaining all-fiber ring resonator as the transfer cavity, a frequency stability transfer from 1550 nm reference laser to 1572 nm slave laser is realized in this work. The influence of temperature on the long-term stability of the fiber resonator is studied. Theoretical and experimental results show that the frequency stability transfer could not be realized well only by tuning the cavity length of piezoelectric ceramic resonator. Therefore, it is proposed to realize the stability transfer of the ring resonator by using piezoelectric ceramic fast feedback and temperature control. The Allan variance of the frequency stability of the slave laser is 2×10 -12 when the integration time is 1 s and 5×10 -12 when the integration time is 1000 s.

1 引言

传统稳频方法一般以原子或分子的吸收谱线作为参考频标,从而获得频率稳定的激光^[1-4],而磁强计、无自旋交换弛豫陀螺仪需要将激光频率稳定在远离原子跃迁频率的大失谐处。如果目标激光器和参考激光器之间的频率偏移量较小,有两种方法可将现有参考稳定度转移到所需波长上。第一种是通过调制产生边带实现,第二种是通过搭建光锁相环实现(施加电场或磁场转移频率稳定度),但这两种方法都会受到调制带宽、探测器最大射频信号的限制。如果目标激光器和参考激光器之间的频率相差几nm或几十nm时,这两种方法均无法实现频率稳定度的转移。基于飞秒激光器的光频梳方案虽然可以实现频率稳定度的转移^[5],但具一定的局限性,且系统复杂昂贵。其次,可通过转移腔实现频率稳定度的转移,其原理是将谐振腔的一个模式锁定在参考激光器上,将稳定后的谐振腔作为参考频标,使另一台自由运转的可调激光器锁定在谐振腔的另一模式上。

转移腔方案的核心是干涉仪的稳定性,应用最广泛的是腔长可调的法布里-珀罗(F-P)腔。1989年,Xie等^[6]利用铯原子饱和吸收激光器(波长为852 nm)以及可调F-P腔,实现了32 nm的频率稳定度转移(从激光器的波长为820 nm),从激光器的稳定度在积分时间为10 s时的阿伦方差为1.6×10^-11;2017年,Ramdane等^[7]以H₁₃C₁₄N饱和吸收激光器为参考,结合商用F-P腔实现了10^-10量级的7 nm频率稳定度转移;2018年,Zeng等^[8]利用精细度为90000的F-P腔实现了从1064 nm到780 nm和960 nm的频率稳定度转移,且从激光器的频率波动小于20 kHz。随着光学加工技术的发展,F-P腔可以做到极窄的线宽,但其光学结构复杂,空间模式难以与光路匹配,且系统昂贵、体积大,不利于集成化。而光纤干涉仪结构简单、体积小,易于集成化,但在转移腔方面的应用较少。2014年,Wang等^[9]利用不等臂杨氏光纤干涉仪实现了从780 nm激光器到858 nm外腔半导体激光器的频率稳定度转移,其频率稳定度为10^-8,稳定干涉仪的执行机构为温控,精度为1 mK。但理论分析时只考虑了光纤的热膨胀效应,忽略了热光效应,前者没有波长选择性,后者随波长的变化差异较大;2019年,Grüning等^[10]以全光纤环形谐振腔作为转移腔实现了10^-12的频率稳定度转移,系统中稳定光纤干涉仪的执行机构为压电陶瓷(PZT),对干涉仪进行了热屏蔽。虽然实验中发现不同温度下,从激光器的稳定度有所差异,但没有分析温度对系统的影响,且干涉仪由单模光纤制成,需要在系统中加入偏振控制器,操作复杂。

与F-P腔干涉仪不同,光纤干涉仪中石英玻璃在不同波长下的热光系数差异远远高于空气,且具有色散特性。不同波长处的谐振频率受温度的影响也不同,而温度是影响激光器长期稳定性的主要因素。本文阐述了基于保偏全光纤环形谐振腔的稳频系统,研究和验证了温度对转移腔长期稳定性的影响,实现了从1550 nm参考激光器向1572 nm从激光器的频率稳定度转移,稳频激光的频率稳定度在积分时间为1 s时的阿伦方差为2×10^-12(下文统一表示为2×10^-12@1 s),在积分时间为1000 s时的阿伦方差为5×10^-12(5×10^-12@1000 s),对光纤干涉仪在转移腔的实际应用给出了具体的分析和建议。

2 原理分析

2.1 保偏全光纤环形谐振腔的结构

全光纤环形谐振腔的原理如图1所示,将2×2耦合器高透过率的两端熔接,输入光以逆时针多次传输形成谐振,设环上单次传输的损耗为γ,耦合器的插入损耗为γ_c,r²+t²= $\begin{matrix} γ_{c}^{2} \end{matrix}$ ,γ_c小于1,r、t分别为全光纤环形谐振腔的反射系数和透射系数,谐振腔的透射系数可表示为

\begin{matrix} \frac{E_{out}}{E_{0}} = \frac{t - γ_{c} γexp (jβL)}{1 - tγexp (jβL)}, (1) \end{matrix}

式中,L为光纤环路的长度,β=nω/c为光纤环内的传播常数,n为光纤折射率,ω为光角频率,E₀、E_out分别为输入光和输出光的振幅。环形谐振腔的透射谱是入射光波长的周期函数,相邻周期的相位延迟满足βL=2π,光纤环路的长度为2 m,对应的自由光谱范围为100 MHz,且透射函数幅值与谐振腔的损耗有关,图2为实验测得的谐振腔透射谱。

图 1. 全光纤环形谐振腔的结构图

Fig. 1. Structure diagram of all-fiber ring resonator

下载图片查看所有图片

图 2. 全光纤环形谐振腔的透射谱

Fig. 2. Transmission spectrum of all-fiber ring resonator

下载图片查看所有图片

2.2 谐振腔的稳定度分析

全光纤环形谐振腔的稳定性是实现频率稳定度转移的核心,谐振频率的微小变化都会导致激光器频率的抖动,主要影响参数为光纤的折射率和谐振腔的长度l,折射率n和长度l的变化对频率稳定度的影响可表示为

\begin{matrix} \frac{dν}{ν} = |- \frac{dn}{n} - \frac{dl}{l}|, (2) \end{matrix}

式中,ν为谐振腔的谐振频率。

实验中通过PZT补偿干涉仪中温度引起的谐振频率变化,PZT对谐振频率的相对调谐量可表示为

\begin{matrix} \begin{matrix} \frac{dν}{ν} = |- \frac{dl}{l} - \frac{dn}{n}| = \\ \frac{η \cdot ΔV}{l} - \frac{η \cdot ΔV}{l} \cdot χ = (\frac{η}{l} - \frac{η \cdot χ}{l}) \cdot ΔV = κ \cdot ΔV, (3) \end{matrix} \end{matrix}

式中,η为PZT对光纤长度的调谐系数(m/V),ΔV为PZT的控制电压(V),χ为光纤的折射率应变系数,即单位应变引起的相对折射率变化量。当光纤被拉伸时,长度的变化量Δl>0,折射率的变化量Δn<0, $\begin{matrix} \frac{η \cdot ΔV}{l} \end{matrix}$ 为PZT调谐腔长引起的相对长度变化,即光纤长度变化量与原长的比值; $\begin{matrix} \frac{η \cdot ΔV}{l} \end{matrix}$ ·χ为应变导致的折射率变化,其中光纤折射率的应变系数和波长相关^[11-14],但随波长变化的差异很小,(3)式将PZT对谐振峰的影响合并成系数κ,其单位为V^-1。

环境中温度为影响折射率和光纤长度的主要因素,包括热光效应和热膨胀效应。温度对折射率和光纤长度的影响都是正相关,可将温度对频率稳定度的影响表示为

\begin{matrix} \begin{matrix} \frac{dν}{ν} = |- \frac{d n_{λ}}{n_{λ}} - \frac{dl}{l}| = \\ (\frac{dl}{ldT} + \frac{d n_{λ}}{n_{λ} dT}) \cdot ΔT = [B + α (λ)] \cdot ΔT, (4) \end{matrix} \end{matrix}

式中,α、B分别为单位温度变化引起的相对折射率变化和相对长度变化,光纤的热膨胀系数 $\begin{matrix} \frac{dl}{ldT} \end{matrix}$ =B=0.55×10^-6 K^-1,热光系数 $\begin{matrix} \frac{d n_{λ}}{dT} \end{matrix}$ 和折射率的比值为α。石英玻璃在不同波长λ下的热光系数 $\begin{matrix} \frac{d n_{λ}}{dT} \end{matrix}$ 不同^[15-16],与色散共同导致热光系数和折射率的比值α具有波长选择性。因此,温度对谐振频率稳定性的影响也与波长有关,即 $\begin{matrix} \frac{d ν_{1550}}{ν_{1550}} \end{matrix}$ ≠ $\begin{matrix} \frac{d ν_{1572}}{ν_{1572}} \end{matrix}$ ,且光纤中α随波长的变化远远高于空气。表1和表2为石英玻璃(牌号康宁7980,温度为295 K)和空气(标准大气压,湿度为50%,温度为293 K)在特定波长下的参数^[17-18],可以发现,石英玻璃的α在1600 nm和1500 nm两个波长处的差值比空气高3个量级。这表明光纤干涉仪中温度对不同波长处谐振频率的影响要远远高于F-P腔干涉仪,且光纤的热光系数和折射率与光纤的掺杂物质有关,光纤的α在1550 nm和1572 nm的差值在10^-8 K^-1量级。

表 1. 康宁7980在特定波长下的参数

Table 1. Parameters of Corning 7980 at a specific wavelength

Wavelength /nm	n	$\begin{matrix} \frac{dn}{dT} \end{matrix}$ /(10^-6 K^-1)	α /(10^-6 K^-1)
1500	1.44502	8.450	5.840
1600	1.44383	8.290	5.740

查看所有表

表 2. 空气在特定波长下的参数

Table 2. Parameters of air at a specific wavelength

Wavelength /nm	n	$\begin{matrix} \frac{dn}{dT} \end{matrix}$ /(10^-9 K^-1)	α /(10^-9 K^-1)
1500	1.00267	-926.1	-926.1
1600	1.00267	-925.9	-925.9

查看所有表

压电陶瓷和温度对干涉仪中1550 nm和1572 nm处对应谐振频率的影响分别为

\frac{d ν_{1550}}{ν_{1550}} = |- \frac{dl}{l} - \frac{d n_{1550}}{n_{1550}}| = [(α_{1550} + B) \cdot ΔT + κ \cdot ΔV], (5)

\begin{matrix} \frac{d ν_{1572}}{ν_{1572}} = |- \frac{dl}{l} - \frac{d n_{1572}}{n_{1572}}| = [(α_{1572} + B) ΔT + κ \cdot ΔV] 。 (6) \end{matrix}

可以发现,PZT调谐腔长以补偿温度引起的1550 nm处的频漂,使干涉仪中1550 nm处的谐振频率稳定度 $\begin{matrix} \frac{d ν_{1550}}{ν_{1550}} \end{matrix}$ 接近参考激光器。由于温度对于1550 nm和1572 nm处谐振频率的稳定性影响不同,即使PZT使干涉仪中1550 nm的激光频率稳定度对准参考激光器,但不代表1572 nm处的频率稳定度和参考激光一致。

在以光纤干涉仪为转移腔的稳频系统中,若稳定干涉仪的执行机构为PZT,参考激光器对应波长处的模式稳定后,不能保证所有模式都稳定,原因是温度对不同模式的影响有波长差异。若光纤中1572 nm和1550 nm波长处的温度系数差为1×10^-8 K^-1,则每变化0.01 K对应1572 nm激光的频率波动约为19.3 kHz。在转移腔系统中全光纤环形腔的温度效应明显大于F-P腔干涉仪,是光纤干涉仪在转移腔应用中不可忽略的因素。实验主要分析了光纤热传导过程中波长选择性导致的PZT无法同时补偿不同波长的频漂问题,而温度波动是限制转移腔系统中从激光器长期稳定性的主要因素,因此,必须优化系统的温控结构。但如果将温控作为稳频的执行机构,系统响应较慢。PZT能快速反馈控制腔长,因此,用PZT主动控制腔长,同时对封装壳体采取温控,抑制温度对频率稳定度的影响。

3 系统及结果

3.1 实验装置

系统结构如图3所示,利用PDH(Pound-Drever-Hall)稳频技术通过PZT使全光纤环形谐振腔的谐振频率对准参考激光器^[19],再通过调谐电流使从激光器的频率对准谐振腔的模式,同时对封装壳体进行温控实现频率稳定度转移。其中,实线为光纤链路,虚线为电子学链路。系统中所有的光纤元件都是保偏单模光纤,利用环形器只能单向传输的性质,参考激光器和从激光器反向接入环形腔,由环形器输出各自的透射光,互不串扰。参考激光器是波长为1550.12 nm的超稳激光器,型号为Menlo Systems,ORS1500,稳定度为5×10^-13@1 s。参考激光器的输出光接入隔离器和电光相位调制器(CETC,MPX-LN-0-1)进行调制,为了避免低频幅度噪声的影响,选择高频调制,调制频率为30 MHz,调制深度约为0.8。将输出光接入谐振腔,制成光纤谐振腔的耦合器为长飞公司研制的熊猫型保偏光纤,其双折射率大约为3.9×10^-4,保偏性能较好,型号为PM1017-C,耦合比为10∶90,自由光谱范围为100 MHz,线宽为3.58 MHz,精细度为29.7。参考激光器经谐振腔输出的透射光被探测器(New Focus,1811)接收后,和同频信号混频,混频器的型号为Mini-Circuits,ZAD-3H-S+,射频范围为5~100 MHz,得到的PDH误差信号斜率为167 mV/MHz,如图4所示。将误差信号反馈给伺服(Vescent,D22-15-PL),选择合适的PI(比例-积分)参数,以堆型PZT作为执行机构(调谐系数为176 MHz/V,反馈带宽约为10 kHz),闭环反馈控制谐振腔的腔长,使谐振腔的谐振频率能对准超稳激光器的频率,以实现谐振腔的稳定。1572 nm从激光器的输出光经调制后反向接入谐振腔,为了避免高次谐波混频带来的串扰,调制频率设置为23.1 MHz,调制深度约为0.8。探测器接收的透射信号经混频器解调后,得到PDH误差信号(斜率为223 mV/MHz),将误差信号作为鉴频信号反馈给伺服。以激光器的电流调制端作为执行机构,使从激光器的频率对准谐振腔的谐振频率,实现频率稳定度转移。系统使用的稳频激光器是RIO公司研制的1572 nm激光器,型号为RIO0175-5-01-3-BM1,调制带宽为5 kHz,调谐系数为60 MHz/mA。同时系统中的参考激光器和从激光器的输出光偏振对比度均大于30 dB。

图 3. 基于全光纤保偏环形谐振腔的稳频结构

Fig. 3. Frequency stabilization structure based on all-fiber polarization-maintaining ring resonator

下载图片查看所有图片

图 4. 参考激光的误差信号

Fig. 4. Error signal of the reference laser

下载图片查看所有图片

为了抑制温度对长期频率稳定度的影响,对谐振腔封装壳体采取了温控设置。为了保证温控效果,需用保温材料增加热屏蔽层,如图5所示。将全光纤环形谐振腔封装在铝壳中,铝壳尺寸为22 cm×22 cm×7 cm,结构紧凑,铝壳周围贴满加热片,通过差分放大以及PI控制电路驱动加热片控制铝壳的温度。同时在封装铝壳的内壁缝隙中填满硅橡胶,外圈用2 cm厚的保温棉和保温毡包裹严实,以达到较好的热屏蔽效果。将两个负温度系数的热敏电阻粘贴在铝壳侧面,一个用于温控,另一个用于实时监测壳体的温度,通过高精度万用表(Keysight,34465)实时采集监测壳体的温度。为了保证热敏电阻和壳体充分接触,在热敏电阻和铝壳表面接触缝隙处填满常温固化的导热硅脂。

图 5. 温控结构图

Fig. 5. Schematic of the temperature control

下载图片查看所有图片

3.2 结果与分析

由于参考激光器和从激光器存在波长差异,且全光纤环形谐振腔温度对谐振峰的影响与波长相关,单纯利用PZT对谐振腔进行控制只能弥补干涉仪在1550 nm处谐振峰的频漂,无法同时弥补1572 nm处谐振峰的频漂。为了验证温度对上述稳频系统的影响,在系统不加温控时,通过空调加大环境温度扰动,将两台自由运转的激光器(波长分别为1550 nm和1572 nm)分别作为从激光器锁定在谐振腔上,实时测量谐振腔的温度和从激光器的频率波动。激光器的频率波动由光梳(Menlo Systems,FC1500-250-WG)拍频测得,温度由高精度万用表采集热敏电阻的阻值得到,两者的采样间隔都为1 s,结果如图6和图7所示。可以发现,波长为1572 nm的从激光器频率和温度的周期振荡一致,频率波动大约为80 kHz,温度的周期振荡(约为1000 s)是由空调对环境温度的调制产生;而波长为1550 nm的从激光器的频率抖动约为20 kHz,和温度的振荡不一致。由测量结果可大致估算出1550 nm和1572 nm处α的差为2.763×10^-8 K^-1,这表明温度对全光纤环形谐振腔的稳定度有不可忽视的影响,与理论分析一致。若要将温度对1572 nm从激光器的时域频率波动降低到10 kHz,系统的温控精度需小于1 mK。

图 6. 1550 nm激光器的频率和温度变化

Fig. 6. Frequency and temperature change of 1550 nm laser

下载图片查看所有图片

图 7. 1572 nm激光器的频率和温度变化

Fig. 7. Frequency and temperature change of 1572 nm laser

下载图片查看所有图片

减少外界温度扰动(关闭空调),并用加热片控制温度,以实现对谐振腔封装壳体的温控,如图8所示。实验测得20 h内的温度波动小于6 mK,温控效果仍然受环境的扰动。图9和图10同时对比了1572 nm从激光器分别在温度扰动较大和对系统进行温控时的长期频率波动和迭代阿伦方差,可以发现,进行温控前的频率波动大约为150 kHz,受温度影响(空调调制)有明显的周期振荡(约为1000 s);进行温控后,频率波动明显变小,大约为30 kHz,但仍有一定的温漂,且阿伦方差降低了一个量级,始终在10^-12量级,频率稳定度为2×10^-12@1 s、5×10^-12@1000 s,稳频性能得到了较大的改善。但其频率抖动仍然受温度影响,结构的温控还需进一步改善。可通过增加温控结构的热屏蔽层,将环形腔封装壳体抽真空,以优化系统的温控,也可以采取二级温控,同时优化系统振动、声音、气流对转移腔的影响。

图 8. 铝壳的温度监测结果

Fig. 8. Temperature monitoring result of aluminum shell

下载图片查看所有图片

图 9. 1572 nm激光器的频率抖动

Fig. 9. Frequency jitter of 1572 nm laser

下载图片查看所有图片

图 10. 温控前后激光频率的阿伦方差曲线

Fig. 10. Allan variance curves of laser frequency before and after temperature control

下载图片查看所有图片

4 结论

理论分析并验证了温度对全光纤环形谐振腔传递频率稳定度的长期影响,通过PZT调谐谐振腔的腔长,使干涉仪中1550 nm处的谐振频率对准1550 nm的超稳激光器。针对谐振腔温控补偿石英玻璃中温度对不同模式的影响差异,将另一台自由运转的1572 nm从激光器通过电流调谐稳定在谐振腔的谐振频率上,实现了从1550 nm到 1572 nm激光频率稳定度的转移,降低了温度对频率稳定度转移的影响,将频率稳定度在积分时间为1000 s时的阿伦方差控制在10^-12量级。

参考文献

[1] 杜娟, 孙延光, 陈迪俊, 等. 小型化碘稳频1064 nm半导体激光器研究[J]. 中国激光, 2018, 45(7): 0701006.

Du J, Sun Y G, Chen D J, et al. Research of a compact iodine-stabilized diode laser at 1064 nm[J]. Chinese Journal of Lasers, 2018, 45(7): 0701006.

[2] 刘慧丰, 王杰, 杨光, 等. 铷原子4D5/2态双光子偏振光谱及其在1.5 μm激光稳频中的应用[J]. 中国激光, 2014, 41(7): 0715004.

Liu H F, Wang J, Yang G, et al. Two-photon polarization spectroscopy of rubidium 4D5/2 state and its application for frequency stabilization of 1.5 μm laser[J]. Chinese Journal of Lasers, 2014, 41(7): 0715004.

[3] 黄崇德, 陈迪俊, 蔡海文, 等. 空芯光子晶体光纤吸收池的激光稳频技术[J]. 中国激光, 2014, 41(8): 0802006.

Huang C D, Chen D J, Cai H W, et al. Laser frequency stabilization technology based on hollow-core photonics crystal fiber gas cell[J]. Chinese Journal of Lasers, 2014, 41(8): 0802006.

[4] 夏媛, 程学武, 李发泉, 等. 应用于窄带钠风温探测激光雷达的稳频和移频方法[J]. 激光与光电子学进展, 2018, 55(10): 102801.

Xia Y, Cheng X W, Li F Q, et al. Laser frequency stabilization and shifting applied in narrowband sodium lidar system for wind and temperature measurement[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2018, 55(10): 102801.

[5] Hänsch T W. Nobel lecture: passion for precision[J]. Reviews of Modern Physics, 2006, 78(4): 1297-1309.

[6] Xie C, Wang L, Chen L, et al. Frequency stabilization of an AlGaAs laser diode by a Fabry-Perot interferometer locked to a laser beam frequency-locked to the D(2) line of a Cs atomic beam[J]. Applied Optics, 1989, 28(21): 4552-4555.

[7] Ramdane A C, Grüning P, Roncin V, et al. Stability transfer at 15 μm for metrological applications using a commercial optical cavity[J]. Applied Optics, 2017, 56(1): 8-14.

[8] Zeng Y, Wang K P, Liu Y Y, et al. Stabilizing dual laser with a tunable high-finesse transfer cavity for single-atom Rydberg excitation[J]. Journal of the Optical Society of America B, 2018, 35(2): 454-459.

[9] Wang Z B, Zhang J W, Wang S G, et al. Laser frequency stability transfer using a fiber-based interferometer[J]. Applied Optics, 2014, 53(15): 3283-3286.

[10] Grüning P, Chaouche-Ramdane A, Manamanni K, et al. All-fiber ring-cavity for frequency stability transfer at 1.55 μm[J]. Applied Optics, 2019, 58(6): 1502-1507.

[11] Carr J J, Saikkonen S L, Williams D H. Refractive index measurements on single-mode fiber as functions of product parameters, tensile stress, and temperature[J]. Fiber and Integrated Optics, 1990, 9(4): 393-396.

[12] Hartog A H, Conduit A J, Payne D N. Variation of pulse delay with stress and temperature in jacketed and unjacketed optical fibres[J]. Optical and Quantum Electronics, 1979, 11(3): 265-273.

[13] 苑立波. 温度和应变对光纤折射率的影响[J]. 光学学报, 1997, 17(12): 1713-1717.

Yuan L B. Effect of temperature and strain on fiber optic refractive index[J]. Acta Optica Sinica, 1997, 17(12): 1713-1717.

[14] 蔡春平. 光纤折射率的依赖因素[J]. 应用光学, 2000, 21(5): 13-18.

Cai C P. Dependent factor of refractive index in fibers[J]. Journal of Applied Optics, 2000, 21(5): 13-18.

[15] Toyoda T, Yabe M. The temperature dependence of the refractive indices of fused silica and crystal quartz[J]. Journal of Physics D: Applied Physics, 1983, 16(5): L97-L100.

[16] Wray J H, Neu J T. Refractive index of several glasses as a function of wavelength and temperature[J]. Journal of the Optical Society of America, 1969, 59(6): 774.

[17] Leviton D B, Frey B J. Temperature-dependent absolute refractive index measurements of synthetic fused silica[J]. Proceedings of SPIE, 2006, 6273: 62732K.

[18] Jack AS, Jay H Z. Index of refraction of air[EB/OL]. ( 2000-11-20)[2004-11-24]. https:∥emtoolbox.nist.gov/Wavelength/Edlen.asp.

[19] Black E. An introduction to Pound-Drever-Hall laser frequency stabilization[J]. American Journal of Physics, 2001, 69(1): 79-87.

王吉, 陈迪俊, 魏芳, 孙延光, 皮浩洋, 杨中国, 吴瑞, 应康, 蔡海文, 陈卫标. 基于全光纤环形谐振腔的转移腔稳频技术研究[J]. 中国激光, 2020, 47(9): 0906005. Wang Ji, Chen Dijun, Wei Fang, Sun Yanguang, Pi Haoyang, Yang Zhongguo, Wu Rui, Ying Kang, Cai Haiwen, Chen Weibiao. Research on Frequency Stabilization Technology of Transfer Cavity Based on All-Fiber Ring Resonator[J]. Chinese Journal of Lasers, 2020, 47(9): 0906005.

基于全光纤环形谐振腔的转移腔稳频技术研究下载： 1169次

1 引言

2 原理分析

2.1 保偏全光纤环形谐振腔的结构

图 1. 全光纤环形谐振腔的结构图

Fig. 1. Structure diagram of all-fiber ring resonator

图 2. 全光纤环形谐振腔的透射谱

Fig. 2. Transmission spectrum of all-fiber ring resonator

2.2 谐振腔的稳定度分析

表 1. 康宁7980在特定波长下的参数

Table 1. Parameters of Corning 7980 at a specific wavelength

表 2. 空气在特定波长下的参数

Table 2. Parameters of air at a specific wavelength

3 系统及结果

3.1 实验装置

图 3. 基于全光纤保偏环形谐振腔的稳频结构

Fig. 3. Frequency stabilization structure based on all-fiber polarization-maintaining ring resonator

图 4. 参考激光的误差信号

Fig. 4. Error signal of the reference laser

图 5. 温控结构图

Fig. 5. Schematic of the temperature control

3.2 结果与分析

图 6. 1550 nm激光器的频率和温度变化

Fig. 6. Frequency and temperature change of 1550 nm laser

图 7. 1572 nm激光器的频率和温度变化

Fig. 7. Frequency and temperature change of 1572 nm laser

图 8. 铝壳的温度监测结果

Fig. 8. Temperature monitoring result of aluminum shell

图 9. 1572 nm激光器的频率抖动

Fig. 9. Frequency jitter of 1572 nm laser

图 10. 温控前后激光频率的阿伦方差曲线

Fig. 10. Allan variance curves of laser frequency before and after temperature control

4 结论

Article Outline

关于本站 Cookie 的使用提示

全站搜索

基于全光纤环形谐振腔的转移腔稳频技术研究 下载： 1169次

1 引言

2 原理分析

2.1 保偏全光纤环形谐振腔的结构

图 1. 全光纤环形谐振腔的结构图

Fig. 1. Structure diagram of all-fiber ring resonator

图 2. 全光纤环形谐振腔的透射谱

Fig. 2. Transmission spectrum of all-fiber ring resonator

2.2 谐振腔的稳定度分析

表 1. 康宁7980在特定波长下的参数

Table 1. Parameters of Corning 7980 at a specific wavelength

表 2. 空气在特定波长下的参数

Table 2. Parameters of air at a specific wavelength

3 系统及结果

3.1 实验装置

图 3. 基于全光纤保偏环形谐振腔的稳频结构

Fig. 3. Frequency stabilization structure based on all-fiber polarization-maintaining ring resonator

图 4. 参考激光的误差信号

Fig. 4. Error signal of the reference laser

图 5. 温控结构图

Fig. 5. Schematic of the temperature control

3.2 结果与分析

图 6. 1550 nm激光器的频率和温度变化

Fig. 6. Frequency and temperature change of 1550 nm laser

图 7. 1572 nm激光器的频率和温度变化

Fig. 7. Frequency and temperature change of 1572 nm laser

图 8. 铝壳的温度监测结果

Fig. 8. Temperature monitoring result of aluminum shell

图 9. 1572 nm激光器的频率抖动

Fig. 9. Frequency jitter of 1572 nm laser

图 10. 温控前后激光频率的阿伦方差曲线

Fig. 10. Allan variance curves of laser frequency before and after temperature control

4 结论

Article Outline

相关论文

相关资讯

关于本站 Cookie 的使用提示

全站搜索

基于全光纤环形谐振腔的转移腔稳频技术研究下载： 1169次