光钟在时间保持、精密测量、暗物质探测等方面有广泛的应用。可搬运光钟研制是光钟的重要方向,它是不同类型光钟比对以及引力红移测量的重要设备。研制用于冷原子制备的可搬运冷却光源是实现可搬运光钟研制的关键。本文主要介绍了可搬运锶光钟二级冷却光源的研制。首先,通过Pound-Drever-Hall稳频技术将半导体激光器锁定在超稳腔上,实现了用于锶光钟二级冷却的689 nm窄线宽稳频光源,其线宽优于 263 Hz,频率秒稳定度优于1.56×10-14。另外,利用注入锁定技术制备了两台同等性能的光源,分别用作二级冷却阶段的俘获光和匀化光。整个光学系统集成在一个0.56m2的光学面包板,通过光纤与真空系统耦合,整体可搬运。利用该稳频光源,实验上制备了数目为2×106,温度为5.3K的二级冷却原子团,这为下一步进行光晶格原子装载和钟跃迁谱探测奠定了基础。

针对低压汞灯谱线能量弱且量值无法溯源的难题, 本文以 1 064 nm单块固体环形激光器作为基频光, 经过两次倍频分别得到 532 nm、266 nm激光, 通过调制转移光谱技术将 532 nm激光频率锁定在碘分子超精细谱线上, 以此为基础对光栅型光谱仪的波长准确度进行校准。实验结果表明, 稳频波长源输出的三波长具有严格的倍数关系, 能够准确有效地对光栅型光谱仪波长准确度进行校准, 具有很好的实际应用价值。

在稳频激光的光纤传输中，光纤本身引入的相位噪声影响到激光频率的稳定性，造成激光光谱的展宽。介绍了光纤相位噪声的测量及如何通过反馈控制在光纤远端消除这一噪声。建立了消除光纤相位噪声的实验系统，测量了一段30 m裸光纤引入的相位噪声，并采用反馈控制在光纤的远端消除这一噪声，将光纤造成的1 kHz谱线展宽减小到1 Hz以下。还分析了将相位检测中解调出来的噪声电压转换成相位噪声的问题。

报道了激光二极管(LD)端面抽运的1053 nm全固态连续单频稳频Nd∶YLF环形激光器的设计及实验结果。为克服Nd∶YLF晶体应力裂纹极限小的缺点, 采用了较长的、低掺杂的沿c轴切割的Nd∶YLF晶体。激光器的阈值抽运功率为4.7 W, 当抽运光功率为17.9 W时, 单频输出功率可达4.21 W, 长期功率稳定性为±0.8％(4.75 h), 自由运转频率波动为±10 MHz/min。为了改善激光器的频率稳定性, 利用电子伺服系统将激光器的频率锁定在共焦法布里-珀罗(F-P)腔的共振透射峰上, 锁定后, 激光器的频率波动降低为±1.7 MHz/min。

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)。

在Cs原子法拉第反常色散滤光器(FADOF)光反馈半导体稳频激光器的基础上,引入以微处理器为核心的数字补偿控制技术,对稳频半导体激光器的工作实行智能化控制,大大提高了原子稳频半导体激光器的稳定性、可靠性和抗干扰能力,使之更具有实用价值.

介绍了利用腔外饱和吸收谱的三次谐波和五次谐波稳频方法对半导体激光器进行稳频的原理,分析了使用这两种稳频方法对半导体激光器进行稳频时所得到的激光频率短期稳定度的理论估算方法,提出了通过选取最佳调制深度来优化短期稳定度的方法和原理,并在理论上比较了两种稳频方法得到的短期稳定度的差异。然后讨论了半导体激光稳频电路系统的设计,并利用该电路系统,分别用三次谐波和五次谐波稳频的方法将半导体激光器的频率锁定在的87Rb饱和吸收的F=2→F′=3,1线上,并使用我们提出的短期稳定度优化方案进行稳定度优化,通过对误差信号的分析,估算出的频率稳定度达到10-12的量级,使用采集到的误差信号在实验上比较了两种稳频方法所得的稳定度的,其结果和理论基本吻合。

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).

以半导体激光器抽运微型Nd:YVO4倍频激光器为光源获得碘分子在532nm处的光外差调制转移光谱信号,并对获取最佳稳频信号的实验条件进行了讨论。