一氧化碳作为一种危险的开采排放气体, 在复杂的井下环境中极易累积, 对矿工生命安全造成严重威胁。 介绍了一种紧凑型一氧化碳检测仪, 该仪器采用激发波长为465 μm的量子级联激光器作为光源, 配合中红外碲镉汞光电探测器与光程长度12 m的紧凑型多次反射气室, 实现了对痕量一氧化碳气体的检测。 自主设计的新型高速光电信号采集系统解决了应用商业示波器造成的信号链阻抗失配的问题。 这一新系统的采样带宽为400 MHz, 采样频率1 GSPS, 垂直分辨率达到12 bit, 有效的提高了检测仪的灵敏度与集成度。 该仪器采用长光程差分吸收光谱法, 通过比较实测光谱与进行Voigt展宽的理论光谱之间的残差得出此检测仪的检测下限为108×10-9。 检测仪的测量误差有非平稳, 慢时变的特点。 根据这一特点我们采用阿伦方差对气体检测仪检测灵敏度进行了估计, 经过约40 s方差曲线达到极小值, 此时阿伦方差值为61×10-9。 在2 h的稳定性测试中, 检测仪稳定度达到21×10-3, 在长达12 h的稳定性测试中, 检测仪的稳定度依然可以达到17×10-2。 此仪器具有较高的灵活性, 通过更换不同激射波长的激光器可以实现对多种气体的痕量检测。

在铷原子气室中实现了饱和吸收谱稳频法和消多普勒的双色谱稳频法, 以给在建的原子干涉重力仪系统选择合适的激光稳频方法。介绍了两种稳频方法的基本原理及实验细节。通过调整光路设计、自制低噪声光电探测器以及应用数字锁定模块, 获得了良好的鉴频误差信号。每种方法都搭建了两套稳频系统并在3 000 s采集时间内保持锁定。激光器在经饱和吸收法和消多普勒双色谱法锁定后, 激光频率波动分别为16.2 kHz和31.4 kHz, 相应于在10 s采样时间下分别获得4.21×10-11和8.18×10-11的频率稳定度; 相比之下, 激光器自由运转时, 频率波动和稳定度分别为629 kHz和1.64×10-9。在原子重力仪系统小型化的需求下详述了两种稳频方法的优缺点, 比较而得消多普勒的双色谱稳频法在原子干涉重力仪的小型化模块化发展方向不失为具有潜力的一种选择。

提出一种基于注入锁定和锁相环技术的注入锁相光电振荡器.利用注入锁定来改善光电振荡器的近载频相噪以及杂散抑制度.将光电振荡器的输出信号与外注入源进行鉴相, 通过锁相环来提升频率稳定性, 并进一步改善光电振荡器的近载频相噪.实验结果表明: 注入锁相光电振荡器在电滤波器中心频率为9.5 GHz、3 dB带宽为20 MHz和光纤环长度为6 km的情况下, 实现了输出信号频率为9.5 GHz的单模振荡; 当注入锁定带宽为1.98 kHz时, 光电振荡器输出信号在1 kHz频偏处的相位噪声为-125 dBc/Hz, 在10 kHz频偏处的相位噪声为-147 dBc/Hz, 杂散抑制度高于80 dB, 阿伦偏差接近1.37×10-11@1s和1.22×10-11@1000s.

介绍了本课题组新概念小型化星载原子钟的研究进展。利用已有的脉冲光抽运技术和独立提出的正交偏振探测技术，将原子钟的钟跃迁信号的对比度从一般吸收法的30%提高到将近100%。该方法主要探测的是光的振幅和相位的总变化，因而能有效提高探测灵敏度和信噪比，从而提高频率稳定度。实验结果表明，正交偏振探测技术原子钟的原子频率稳定度比相同条件下吸收法原子钟的原子频率稳定度提高一个量级；而且在实验的基础上，物理系统的温度稳定度、磁场电流稳定度和激光光强稳定度都能够提高一个量级，正交偏振探测技术原子钟的秒稳能达到1×10-13,天稳能优于1×10-15，将来可能进一步发展并取代氢钟。