1 中国计量科学研究院几何量计量科学研究所，北京 100029
2 中国计量大学计量测试工程学院，浙江 杭州 310018
3 北京理工大学光电学院，北京 100081
研究了在－20～40 ℃环境温度下633 nm内腔式He-Ne激光管的自由运转特性，设计了激光器系统的预热和稳频控制方案，实现了633 nm内腔式He-Ne激光器的频率稳定。当室温约为24 ℃时，锁定后的热稳频激光器与高精度碘稳定激光器的拍频结果显示，3 h内频率的相对标准不确定度为u＝6.4×10－9，阿伦方差为7.0×10－11(采样时间τ＝1 s)，3个月内的频率复现性优于4.6×10－9。研究了在－20～40 ℃范围内不同环境温度下锁定后输出激光的频率漂移规律，实验结果显示，稳频后激光输出频率随环境温度的漂移量约为293 kHz/℃，与采用压力估算模型计算得到的漂移值268 kHz/℃相一致。因此，当激光器工作在一个较大的温度范围内时，可以通过插值校准来获得更准确的参考输出频率。
激光器 内腔式He-Ne激光器 双纵模 功率平衡 高低温试验 频率漂移
李路 1,2,3,4庄鹏 1,2,3谢晨波 1,2,3王邦新 1,2,3邢昆明 1,2,3
1 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院，安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
4 皖西学院 机械与车辆工程学院，安徽 六安 237012
多普勒测风激光雷达通过分析系统回波信号的多普勒频移反演出风速，为提高风场探测精度，从稳频技术方面展开研究。在稳频过程中，分别采取措施消除激光频率的长期漂移和短期抖动。针对激光频率的长期漂移，设计并研制了种子激光器温控箱，通过水浴的控温方式大大减小了激光频率的长期漂移，将激光频率稳定在±50 MHz以内；针对激光频率的短期抖动，采用以碘分子吸收池为核心器件的稳频系统，通过半导体控温方式对碘分子吸收池精确控温，控温精度达0.03 ℃，提高了稳频精度，将激光频率进一步稳定在±8 MHz以内，满足±10 MHz以内的设计精度要求。通过搭建多普勒测风激光雷达系统，对发射激光稳频装置进行系统验证，连续4组风场观测结果表明：系统探测高度为17 km，绝大部分方差在4 m/s以下，满足测风激光雷达测量指标的要求。
多普勒测风激光雷达 激光频率漂移 稳频 碘分子吸收池 温控 Doppler wind measurement lidar laser frequency drift frequency stabilization iodine molecular absorption cell temperature control 红外与激光工程
2021, 50(3): 20200289
南昌理工学院 光电材料重点实验室, 江西 南昌 330044
窄线宽激光器在光学传感领域取得广泛应用, 激光器的频率漂移和噪声大小直接影响光学传感器测量精度, 采用自外差拍频方法对窄线宽光纤激光器和半导体激光器的频率漂移和噪声特性进行了初步测量。进行了频率漂移测量理论计算, 仿真分析了延时光纤长度与频率漂移大小对应关系, 确立了延时外差光纤长度;搭建了基于自外差结构的窄线宽激光器频率漂移测试装置, 对测试装置组成进行了叙述; 基于该测试装置进行了窄线宽激光器的频率漂移和噪声测试, 测试表明光纤激光器和半导体激光器均存在明显的频率漂移, 漂移速度大约2MHz/10s, 光纤激光器的频率噪声要明显低于半导体激光器, 与两型激光器的频率噪声测试结果吻合, 提出的激光器频率漂移和噪声测试装置, 为激光器频率漂移和噪声优选对比提供了一种方便、快捷的测试方法。
半导体激光器 光纤激光器 延时自拍 自外差结构 频率漂移 semiconductor laser fiber laser delayed self-timer self-heterodyne structure frequency drift
1 山西大学光电研究所,量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
研制出一台全固态低噪声连续单频Nd∶YVO4-LBO双波长激光器,通过优化三硼酸锂(LBO)的匹配温度,获得了波长为1.06 μm的激光功率为3.8 W、波长为532 nm的激光功率为7.8 W的连续单频双波长激光输出,并有效降低双波长激光的强度噪声和相位噪声。实测的1.06 μm和532 nm波长激光的强度噪声均在分析频率大于3.5 MHz时达到散粒噪声极限,相位噪声均在分析频率大于5 MHz时达到散粒噪声极限。当采用Pound-Drever-Hall锁腔技术锁定激光器的腔长时,1.06 μm波长激光在1 h内的频率漂移小于±0.8 MHz。实测的1.06 μm和532 nm波长激光在5 h内的功率波动分别小于±0.63%和±0.47%,光束质量因子分别为1.04和1.12。
激光器 连续单频 频率漂移 强度噪声 相位噪声
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
针对相位敏感光时域反射计(ΦOTDR)分布式光纤扰动传感系统中激光器的频率漂移严重影响系统定位准确度的问题, 提出了一种新的基于频谱分析的定位算法。该算法将采集的散射曲线数据进行傅里叶变换, 然后选择特征频率区间进行功率谱累加得出定位结果, 可以有效抑制激光器频漂引起的定位误差。最后搭建了长度为8km的样机进行定位算法的测试, 系统的信噪比得到了改善, 定位准确性提高, 验证了算法的有效性。
激光器频率漂移 定位算法 频谱分析 特征频率区间 laser frequency drift ΦOTDR ΦOTDR localization algorithm spectrum analysis characteristic frequency range
汪绍茂 1,2,3,*商俊娟 1,2,3崔凯枫 1,2,3张平 1,2,3[ ... ]黄学人 1,2
1 中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院武汉物理与数学研究所中国科学院原子频标重点实验室, 湖北 武汉 430071
3 中国科学院大学, 北京 100049
将自由运转的激光器参考锁定在隔振、恒温、高细度的Fabry-Pérot (F-P)参考腔上，获得了短期稳定性频率较好的窄线宽激光。为了降低温度对激光频率稳定性的影响，F-P腔的腔体一般选用具有超低热膨胀(ULE)系数的玻璃材料。ULE玻璃存在一个特定的温度点，该温度点下其ULE系数接近0，称之为拐点温度。由于其拐点温度通常低于或者高于室温，因此设计了一套主动温控装置，该装置可在高真空环境中将F-P腔的温度控制在-5~40 ℃范围内，并且一天内F-P腔的温度波动范围在±0.005 ℃以内。该温度控制装置可应用在工作波长为729 nm的ULE F-P腔系统中，当该参考腔的温度控制在拐点温度（17.3 ℃）附近时，平均线性频率漂移控制在100 mHz/s以内。
激光光学 频率稳定性 窄线宽激光 拐点温度 频率漂移 激光与光电子学进展
2017, 54(3): 031401
在太赫兹(THz)成像、 雷达探测、 相干通信等许多应用领域中, THz辐射源的频率稳定性是直接影响其应用效果的核心问题之一。 基于双光子迁移效应建立了光泵THz激光器输出激光频率漂移的物理模型, 推导出THz激光频率漂移的解析计算公式。 以光泵甲醇(CH3OH)为例, 给出了不同压强下的甲醇吸收谱线, 定量分析了泵浦光频率漂移和泵浦功率对THz激光频率稳定性的影响, 并讨论了THz激光腔内工作气体压强对THz激光频率漂移的影响。 研究结果表明: 随着泵浦光功率的增加, THz激光频率的漂移量逐渐增加; 随着THz腔内工作气体压强升高, THz激光的频率漂移逐渐下降; 当泵浦光频率漂移量在一定范围时, 将出现THz激光的频率漂移量极值, 且泵浦光的频率漂移量等于工作气体吸收谱线宽度的1/4时, THz激光输出的频率漂移达到极值。 由此可见, 在实际工作中, 不仅需要合理选择腔内的工作条件(压强、 温度), 而且还需要采取措施将泵浦光的频率漂移控制在一定范围以内, 以提高THz激光的输出频率稳定性。
双光子迁移 光泵太赫兹激光器 输出频率稳定 吸收谱线宽度 频率漂移 Two-photon light shift Optically pump THz laser Frequency stability Absorbed line width Frequency drift 光谱学与光谱分析
2016, 36(9): 2755
华中科技大学 光学与电子信息学院，武汉 430074
为了研究射频板条CO2激光器射频频率波动对输出光束的影响，采用等效电路分析和实验测量的方法研究了射频频率对激光器输入输出特性的影响。计算得到射频频率变化2MHz时引起的阻抗实部变化率为0.01%，说明射频频率漂移对放电部分等效电路参量影响很小。射频频率采用79.4MHz，80.0MHz，80.7MHz，81.4MHz，82.0MHz和82.7MHz，以设计频率81.4MHz对应的输出功率为基准,占空比设置为80%时，频率漂移 1MHz则激光功率下降约150W。激光功率随频率变化趋势与理论结果一致。结果表明，射频频率变化引起的阻抗匹配问题是导致输出功率波动的主要原因，可以通过改进匹配网络来克服射频频率的波动对激光器性能的影响。
激光技术 射频板条CO2激光器 阻抗匹配 频率波动 射频放电 laser technique RF-excited slab CO2 laser impedance matching frequency drift RF discharge
1 中国科学院电子学研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于光纤延时自外差和相位解缠绕技术，提出了一种采用较短的光纤延时线测量单频激光器输出激光频率漂移的方法。从理论上给出了该测量方法的工作原理并分析了测量精度的影响因素；利用一台频率变化可知的激光器对该方法进行了实验验证，实验结果表明该方法能够准确测量激光频率随时间的实际变化曲线；基于此方法，采用6 m 的光纤延时线，对一台1550 nm 波长的单频激光器频率漂移特性进行了3 h 连续测量，得到该激光器长期频率漂移结果为75 MHz/h，与其频率稳定度出厂指标50 MHz/h基本相符。
激光器 频率漂移 光外差探测 相位解缠
北京航空航天大学 光电技术研究所，北京 100191
激光器的频率漂移对相位敏感光时域反射计的定位有重要的影响，其直接导致定位的信噪比下降。提出一种频谱分析结合选取特征频段的定位算法，在算法中通过选取合适的特征频段，对影响系统定位的激光器频漂进行误差抑制。特征频段的选取通过实验信噪比的高低决定。通过实验验证，结果显示该算法提高了系统定位性能并进一步提高了信噪比。
频率漂移 相位敏感光时域反射计 频谱分析 定位算法 frequency drift distributed fiber-optic disturbance sensor system spectrum analysis location algorithm
