1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
通过调制转移光谱稳频的方式，将外腔半导体激光器频率锁定于87Rb原子D2线超精细跃迁52S1/2，F=2→52P3/2，F=3，使激光器线宽由自由运转的382.18 kHz压窄至稳频后的37.94 kHz。稳频后的窄线宽激光用于积分球冷原子钟的探测光，可以将激光频率噪声对原子钟短期稳定度的影响降低至5.6×10-14 τ-1/2。
激光器与激光光学 调制转移光谱 激光稳频 外腔半导体激光器 积分球冷原子钟 频率稳定度 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1514008
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
光子学报
2021, 50(11): 1114003
1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 国科大杭州高等研究院, 浙江 杭州 310024
相对于传统的780 nm饱和吸收光谱稳频技术,调制转移光谱法具有更高的灵敏度和分辨率。采用调制转移光谱技术将1560 nm分布式反馈激光器经全光纤放大和PPLN晶体高效倍频至780 nm后锁定在Rb 87原子D2线超精细谱线5 2S1/2(Fg=1)→5 2P3/2(Fe=0,1)交叉共振峰上,20 h激光器的频率漂移峰峰值为105 kHz,1 s的阿伦方差为3.7×10 -11,10000 s的阿伦方差为4.6×10 -12。研究了铷泡吸收长度对频率稳定性的影响。针对Rb 875 2S1/2(Fg=1)→5 2P3/2(Fe=0,1,2)吸收峰较弱问题,研究了不同偏振类型的泵浦光和探测光对误差信号的影响。
激光光学 激光稳频 调制转移光谱技术 反馈光 偏振 超冷原子 中国激光
2021, 48(21): 2101003
华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
冷原子干涉仪的原子冷却与囚禁过程对于激光的线宽、频率的准确性和稳定性有很高的要求。为获得满足实验需求的 780nm激光束, 利用 Rb87原子 D2线的精细谱线 5S1/2 F= 1. 5P3/2F= 3作为频率参考谱线, 用调制转移稳频方法(MTS), 获得无 Doppler背景的调制转移光谱。在实验中利用这个光谱信号作为误差信号可以将激光器频率稳定在铷原子参考频率上长达 20h, 线宽在 136kHz, 频率稳定度在 8.5′ 10-12(0.1s), 满足实验室冷原子干涉实验的要求。
原子光学 激光稳频 调制转移光谱学 四波混频 冷原子干涉仪 atomic optics laser frequency stabilization modulation transfer spectroscopy four-wave mixing cold atom interferometer
中国电子科技集团公司第四十一研究所, 山东 青岛 266555
针对原子谱线灯谱线能量弱且无法实现波长量值溯源的难题，介绍了一种266 nm标准波长源的研制技术，以1064 nm单块固体环形激光器作为基频光，经过两次二倍频分别得到532、266 nm激光。采用调制转移光谱技术，将532 nm激光波长稳定在碘分子127I2 R(56)32-0的a10超精细谱线上；采用外部环形倍频技术，将稳频的532 nm激光倍频到266 nm。将532 nm波长溯源至中国计量院的飞秒光梳波长标准装置，间接实现266 nm激光波长的量值溯源。实验结果表明，标准波长源频率稳定性的阿伦方差优于1×10-10，采用标准波长源校准后的紫外光谱仪具有较好的波长测试准确度。
激光器 标准波长源 调制转移光谱技术 飞秒光梳 紫外光谱仪 中国激光
2014, 41(s1): s102007
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
采用射频频率调制光谱(RF-FMS)和调制转移光谱(MTS)将1560 nm分布反馈激光器经MgO:PPLN波导高效倍频后锁定于87Rb原子D2线超精细跃迁。比较了两种方法的原理、谱线以及锁频结果。激光器自由运转30 min的典型频率起伏为8~10 MHz，采用RF-FMS和MTS锁频30 min的频率起伏均方根分别为±135 kHz和±85 kHz，这主要是由于后者的信噪比高，谱线完全无背景。采用MTS方案，搭建了一套结构紧凑、性能稳定的1.5 μm光纤通信波段激光稳频系统。
量子光学 射频频率调制光谱 调制转移光谱 激光稳频 1560 nm光纤通信激光器 倍频 MgO:PPLN倍频波导
中国电子科技集团公司第四十一研究所, 山东 青岛 266555
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。
光栅型光谱仪 波长准确度 稳频波长源 调制转移光谱技术 grating spectrograph wavelength accuracy frequency stabilized wavelength source modulation transfer spectroscopy
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
