华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
通过将光学腔与外围热屏蔽层之间的热传递模型等效为多级电阻电容(RC)积分电路,计算得到光学腔的温度对外界环境温度变化的响应特性。用此方法探讨了当热屏蔽层的质量被限定时,热屏蔽层与光学腔的距离、热屏蔽层的层数和厚度对光学腔的温度响应特性的影响。分析结果表明,热屏蔽层与光学腔的距离从40 mm减小至5 mm,可使光学腔的温度响应时间增加1倍;当热屏蔽层的层数从1层增加至3层,且增加光学腔的最内层热屏蔽层的厚度,可使光学腔的温度对快速的环境温度变化的敏感度减小1个数量级以上。通过优化后的光学腔的热屏蔽层设计,有望提高锁定于光学腔的稳频激光的频率稳定度。
激光光学 激光稳频 光学法布里-珀罗腔 温度响应时间 热辐射
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University, Shanghai 200062, China
The length stability of optical cavities is vital in ultra-stable, cavity-stabilized laser systems. Using finite element analysis, we study the length deviation of optical cavities due to thermal expansion and thermo-refractive effects when the incident light power is changed. The simulated fractional length sensitivity of a 7.75-cm-long football cavity to the power fluctuation of incident light is 5×10 14/μW, which is in agreement with the experimental results found by measuring the frequency change of a cavity-stabilized laser when the incident light power is changed. Based on the simulation, the cavity sensitivity to light power fluctuation is found to depend on the cavity size and material.
140.3425 Laser stabilization 140.4780 Optical resonators 120.2230 Fabry-Perot Chinese Optics Letters
2016, 14(10): 101401
华东师范大学物理系光谱学与波谱学教育部重点实验室, 上海 200062
激光经电光相位调制后,由于剩余幅度调制的存在造成调制边带幅度不相等。利用法布里珀罗腔的透射特性和Pound-Drever-Hall技术对通过法布里珀罗腔的调制光正、负一级边带的幅度产生不同的衰减,使得调制边带的幅度相等,从而实现对电光相位调制中剩余幅度调制的抑制。采用该方法,理论上计算了调制光经法布里珀罗腔后的光外差光谱信号,获得锁定法布里珀罗腔后调制边带幅度的不对称度较腔锁定前减小四个数量级。实验研究了调制光经法布里珀罗腔透射的光外差光谱,结果表明将法布里珀罗腔锁定于该透射光外差光谱中心零位时,对剩余幅度调制的抑制程度可达45 dB。
光谱学 剩余幅度调制 法布里珀罗腔 电光相位调制 伺服控制
华东师范大学物理系精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
介绍了一种新的双纵模激光稳频技术:基于激光频率与纵模频率间隔的对应关系,通过精密锁相控制技术将两相邻纵模的拍频频率锁定在射频频率标准上,以控制激光谐振腔腔长,实现锁定激光频率的目的。理论分析表明,激光频率稳定度与两相邻纵模拍频频率的稳定度相同;实验上以射频频率标准为参考,精密锁定了He-Ne激光两相邻纵模的拍频频率及激光频率,且对采用该技术稳频的两套He-Ne激光系统进行了比对。实验结果表明,激光频率的稳定度为5×10-10(1 s积分时间),5×10-11(100 s积分时间)。
激光技术 稳频激光 精密控制 纵模频率间隔
华东师范大学物理系光谱学与波谱学教育部重点实验室, 上海 200062
谐振腔精细度法是通过测量光学谐振腔透射谱线宽度来实现对光学反射镜反射率的测定。由于此谱线宽度数值通常在射频范围,采用光谱仪难以精确测量,而在谐振腔精细度方法的基础上引入激光相位调制技术,提出激光相位调制法布里-珀罗(F-P)腔精细度法测定反射率。利用电光调制器对激光进行射频相位调制,以产生的调制边带与激光载波的频率间隔作为“射频标尺”,精确测量了法布里-珀罗腔透射光谱的谱线宽度。利用腔精细度与腔透射光谱的谱线宽度及反射率的关系公式,获得了反射镜的反射率,测量精度可达到10-4。
测量 激光相位调制 光学谐振腔 腔精细度 反射率
华东师范大学物理系光谱学与波谱学教育部重点实验室, 上海 200062
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。
光谱学 调制转移光谱 优化吸收程 多倍光程
华东师范大学光谱学与波谱学教育部重点实验室,上海,200062
从光学频率合成器的基本原理出发,分析了飞秒锁模脉冲激光在时域和频域上的分布特征,并分别介绍了输出激光的两个重要参数即重复频率fr和零频fceo的几种控制方法,以及光学频率合成器实现频率连接和转换的过程,最后介绍了光学频率合成器两次国际比对研究与结果.
光学频率合成 光梳 自参考技术 光频比对 光钟
华东师范大学物理系光谱学与波谱学教育部重点实验室,上海 200062
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532 nm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。
光谱学 调制转移光谱 腔内吸收增强 双频相位调制
华东师范大学光谱学与波谱学教育部重点实验室, 上海 200062
为了提高吸收光谱的探测灵敏度，在弱吸收或短光程吸收的情况下实现高灵敏探测，将腔增强光谱技术与磁旋转光谱技术有效地结合起来，发展了高灵敏的磁旋转腔增强吸收光谱技术，并通过测量O2的三重禁戒跃迁谱线验证了该技术的探测灵敏度。实验采用环型增强腔，以避免光束的返回对激光器的干扰。给出了腔的耦合匹配条件，以及镜面反射率、腔损耗对增强因子的影响；同时也给出了在实验中对光谱信号的处理方法。测量结果表明，在谐振腔精细度为F=48，腔内总损耗为13%，以及腔镜的耦合效率为95%的情况下，对O2分子最小相对吸收度约为4.5×10-8(1 s积分时间)。
光谱学 高灵敏分子吸收光谱 腔增强光谱技术 磁旋转光谱技术
华东师范大学光谱学与波谱学教育部重点实验室,华东师范大学物理系,上海,200062
采用480 MHz频率调制和光外差光谱检测技术,将半导体激光抽运Nd:YVO4微型激光器的频率锁定在碘分子532 nm波段多普勒加宽的吸收谱线上.分析伺服误差信号表明,采用该技术锁定微型Nd:YVO4激光频率,其稳定度可达到10-10(1 s积分时间).
微型Nd:YVO4激光器 频率调制光谱 稳频激光器
