作者单位
摘要
1 国防科技大学 智能科学学院,湖南长沙40073
2 清华大学 深圳国际研究生院,广东深圳518055
消偏振分光片是空间光学中的重要分光元件,为了实现780 nm波段激光在大分光比条件下的稳定分光输出,设计并制备了一种高分光比消偏振分光片。使用TFCalc软件仿真设计了双面消偏振分光膜系,通过离子束辅助电子束热蒸镀技术制备了消偏振分光片样品。然后,使用透射电子显微镜、分光光度计对所制备样品进行了测量表征,得到了分光片的实际薄膜结构及透射光谱,光谱结果显示该分光片的透射率接近98%,s偏振光与p偏振光的透射率偏差小于0.3%。最后,搭建测试光路对分光片进行变偏振方向、变波长及长时间稳定性等测试。实验结果表明:该分光片在目标波段内的透射率接近98%,偏振方向大范围变化时透射率偏差小于0.2%,波长在772~792 nm内变化时透射率波动小于0.12%;10 h长时结果显示,当平均时间为100 s时,分光比与透射率的Allan方差分别为1.41×10-34.12×10-5。所提出的消偏振分光片具有良好的消偏振性能,可直接应用于光学测试计量和量子传感探测等精密测量领域。
消偏振 分光片 膜系设计 高分光比 nonpolarizing beam splitter film system design high splitting ratio 
光学 精密工程
2023, 31(21): 3088
喻晓 1,2吕梦洁 1,3张旭 1,2贾爱爱 1,2[ ... ]杨俊 1,2
作者单位
摘要
1 国防科技大学智能科学学院,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学量子信息学科交叉中心,湖南 长沙 410073
3 中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川 绵阳 622150
4 火箭军工程大学,陕西 西安 710025
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(85Rb)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
激光器 光纤光学 光纤激光器 调制转移光谱 铷原子 频率锁定 频率稳定度 
中国激光
2022, 49(3): 0301002
作者单位
摘要
1 火箭军工程大学, 陕西 西安 710025
2 国防科技大学机电工程与自动化学院, 湖南 长沙 410073
光梳的出现带来了大尺寸高精度绝对测距(ADM)技术的革新, 其卓越的光频特性推动了基于多波长干涉的实时ADM的发展。为在基于光梳多波长干涉的实时ADM中实现干涉信号的同步相位解调, 提出了基于多波长外差干涉的多路同步相位解调信号处理方法, 研制了相应的同步相位解调模块。实验中通过对波长进行解复用, 测试了多路相位计的线性精度、稳定度和同步性等性能, 对多波长干涉信号的实时同步相位解调进行了实验分析, 验证了该方法实现高精度同步相位解调的可行性。
测量 绝对测距 光梳 多波长干涉 同步相位解调 
光学学报
2017, 37(1): 0112003
Chunhua Wei 1,2Shuhua Yan 1,2,*Aiai Jia 1,2Yukun Luo 1,2[ ... ]Zehuan Li 1,2
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Instrument Science and Technology, College of Mechatronic Engineering and Automation, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Interdisciplinary Center for Quantum Information, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
We present a compact, low-noise, and inexpensive optical phase-lock loop (OPLL) system to synchronize the frequency and the phase between two external cavity diode lasers. Based on a direct digital synthesizer technique, a programmable radio-frequency generator is implemented as the reference signal source. The OPLL has a narrow beat note linewidth below 1 Hz and a residual mean-square phase error of 0.06 rad2 in a 10 MHz integration bandwidth. The experimental test results prove the competent performance of the system, which is promising as a low-budget choice in atomic physics applications.
140.0140 Lasers and laser optics 140.3518 Lasers, frequency modulated 250.4745 Optical processing devices 
Chinese Optics Letters
2016, 14(5): 051403
Yukun Luo 1,2Shuhua Yan 1,2,*Aiai Jia 1,2Chunhua Wei 1,2[ ... ]Jun Yang 1,2
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Instrument Science and Technology, College of Mechatronic Engineering and Automation, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Interdisciplinary Center for Quantum Information, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
We present a laser frequency locking system based on acousto-optic modulation transfer spectroscopy (AOMTS). Theoretical and experimental investigations are carried out to optimize the locking performance mainly from the view of the modulation frequency and index for the specific scheme of AOMTS. An FWHM linewidth of 63 kHz is achieved and the frequency stability in terms of Allan standard deviation reaches 1.4×10 12 at 30 s. The frequency shifting capacity is validated throughout the acousto-optic modulator bandwidth while the laser is kept locked. This work offers a different but efficient choice for applications calling for both stabilized and tunable laser frequencies.
140.3425 Laser stabilization 140.3518 Lasers, frequency modulated 020.1335 Atom optics 300.6380 Spectroscopy, modulation 
Chinese Optics Letters
2016, 14(12): 121401
作者单位
摘要
1 国防科学技术大学 机电工程与自动化学院, 湖南 长沙 410073
2 空军航空大学 飞行训练基地, 吉林 长春 130062
针对二维位移测量系统中光栅制作与装配非理想所引起的几何误差, 基于多普勒频移理论和坐标变换方法, 建立了同时包含光栅非正交角与装配角在内的通用几何误差模型, 定量研究了各误差角对系统性能的影响程度, 仿真分析了X与Y方向余弦误差和耦合误差随误差参数的变化规律。结果表明, 光栅制作和装配误差与系统所用衍射级次、衍射次数和光学细分倍数无关, 只与各误差角和被测位移有关。与此同时, 四个误差角都会导致余弦误差的产生, 而耦合误差则主要受光栅非正交角和偏航角的影响。此外, 相同误差角所引起的耦合误差要明显严重于余弦误差, 是系统几何误差的主要构成成分。通过搭建基于二维交叉光栅的平面位移测量系统, 利用10 mm方形运动轨迹实验验证了理论分析与数值仿真的正确性。
几何误差 二维光栅 位移测量 建模分析 geometrical error two-dimensional grating displacement measurement modeling analysis 
红外与激光工程
2016, 45(12): 1217005
作者单位
摘要
国防科学技术大学 机电工程与自动化学院 仪器科学与技术系,长沙 410073
为了实现2维外差干涉位移测量中信号相位的精确同步探测,采用整周期计数与脉冲填充相结合的方法,利用同一时钟基准,对双路信号进行同步检测与并行处理,设计并实现了一种基于现场可编程门阵列的双路外差干涉信号相位同步测量系统。该系统在100kHz载波频率下测量分辨率可以达到0.18°,双路信号下的相位同步测量误差同样为0.18°。结果表明,该系统实现了整小数相位的精确测量,确保了双路信号相位的实时同步探测,能够满足各种2维外差干涉位移测量系统对相位同步测量的需求。
测量与计量 相位测量 双路同步 脉冲填充 外差干涉 measurement and metrology phase measurement dual-channel synchronization pulse stuffing heterodyne interference 
激光技术
2016, 40(3): 315
Author Affiliations
Abstract
College of Mechatronic Engineering and Automation, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
We present a compact displacement measurement system possessing the capability of nanometer-scale precision. On basis of integrating single grating with 3×3 coupler for phase shift in interference signal, the present scheme features advantages of simple structure, convenient alignment, and insensitivity to air turbulence. Linear comparisons between our system and HP5530 show a residual error less than 81 nm during step motions along a 10 mm round-trip, and a discrepancy less than 15 nm in the case of 200 μm movement. We also demonstrate a measurement stability test in a duration of 300 s, which shows the proposed scheme potentially performs better than HP5530 in terms of long-term stability.
050.1950 Diffraction gratings 060.2430 Fibers, single-mode 060.2920 Homodyning 
Chinese Optics Letters
2015, 13(5): 051301
Author Affiliations
Abstract
College of Mechatronic Engineering and Automation, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
A symmetrical heterodyne grating interferometer with both a short period and high signal-to-noise ratio is proposed. It possesses good immunity to environmental disturbances and can simultaneously achieve high resolution and stability. The experimental results show that the standard deviation of 24.67 nm can be realized for the long range of 10 mm. The measurement resolution of better than 2 nm is achieved with the theoretical resolution of 12 pm. Additionally, system stability at less than ±1.5 nm is obtained in just over 10 min. The measurement errors, including cosine error, nonlinear error and non-common path error, are discussed as well.
050.1950 Diffraction gratings 120.3180 Interferometry 120.3930 Metrological instrumentation 
Chinese Optics Letters
2015, 13(10): 100501
作者单位
摘要
国防科学技术大学机电工程与自动化学院, 湖南 长沙 410073
飞秒光梳的出现为实现高精度绝对距离测量提供了诸多有效方法,并有望直接应用于激光雷达、卫星编队飞行和空间引力测量等空间探测任务.从未来空间精密测距的精度需求出发,提出在飞行时间法辅助测距的基础上利用光学脉冲互相关分析技术将目标距离测量直接溯源到光梳重复频率的测量方法,建立了飞秒光梳测距基本模型,进行了飞秒脉冲互相关理论分析,并开展了互相关及测距仿真实验.仿真结果表明,在目标距离为10 km 以及重复频率扫描精度0.01 Hz条件下,进行非模糊量程内线性测距的测量精度优于450 nm,测距残余误差的峰谷(PV)值为780 nm,验证了该方法实现亚微米级甚至纳米量级大量程空间精密测距的可行性.
测量 激光测距 飞秒光梳 互相关 重复频率 飞行时间法 
光学学报
2015, 35(4): 0412002

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