正交解调Pound-Drever-Hall激光稳频技术实验研究

为了提高激光器的频率稳定度,设计了基于正交解调原理的Pound-Drever-Hall(PDH)稳频系统。该系统采用直接数字频率合成器同步产生三路同频正弦和余弦信号,其中一路正弦信号用作电光相位调制器的驱动信号,另两路正弦和余弦信号同时用作相位解调的参考信号。解调所得PDH稳频系统的误差信号用于反馈调节激光器腔长,使得激光器频率自动稳定到Fabry-Perot(F-P)参考腔的谐振频率上。建立了正交解调PDH稳频实验系统,实验结果表明,在1.5 h稳频时间内,激光器的频率漂移不超过±0.13 MHz,根据Allan方差计算得到其频率稳定度优于1.2×10^-11。这种稳频激光器可用作合成波绝对距离干涉测量系统的理想光源。     

采用F-P光学腔的外腔半导体激光器锁相稳频方法

针对外腔半导体激光器出射光频不稳定的问题,提出了一种将Fabry-Perot(F-P)光学腔与锁相放大器相结合的稳频方法,将激光器出射光频稳定在F-P光学腔的平均腔长相对应的谐振频率上。信号发生器驱动F-P光学腔的腔长按照正弦规律变化,光电探测器将透过F-P光学腔的光信号转化为电信号,锁相放大器将这一电信号与信号发生器的驱动信号进行混频经低通滤波后得到光学腔谐振信号相位误差。利用这一相位误差信号,通过PID控制器对激光器内腔电流和外腔PZT驱动电压两种不同的反馈方式进行反馈控制,实现稳定的输出光频。理论推导出光学腔谐振信号相位误差与激光器波长变化关系,选用F-P光学腔透射峰值时间间隔τ的标准偏差作为评价频率稳定度指标。通过实验验证,选用外腔PZT驱动电压的反馈方式,能将外腔半导体激光器的光频稳定性提高约80%,该方法具有简单高效的特点,并且可以实现较长时间的频率稳定,也能够适用于不同波长的激光器稳频。     

基于C8051F020单片机的半导体激光器稳频系统

为推进半导体激光器稳频技术向数字化、 智能化发展, 提出一种基于C8051F020单片机的数字辅助稳频方法。该方法通过对饱和吸收信号进行检测, 得到半导体激光器频率变化的误差量, 再利用对误差信号的计算处理反馈给电流控制及温度控制, 从而对半导体激光器进行稳频, 并据此思路设计了稳频系统的硬件电路及软件辅助锁频程序。经实验验证, 该系统实现了开机自动稳频, 在失锁后能重新锁定, 得到秒稳8.39×10^-11, 千秒稳7.99×10^-12的稳定度指标。     

可调谐CO2激光边带相干光源的稳频激光系统的研制

本文介绍用于可调谐 CO_2激光边带相干光源的稳频激光系统。该系统由具有腔内低气压 CO_2气体吸收室的稳频激光器和另一台偏置频率锁定激光器所组成,输出激光频率可锁在9～11μm 波段每条激光支线的中心,并且单支线输出功率大于5W的多于30条;最强线功率达15W;频率稳定度优于1×10~(-9)(10s 取样);复现性优于1×10~(-8):10min 内功率漂移小于1%.     

CO_2激光器腔外吸收室4.3μm荧光稳频技术

介绍了腔外吸收室４．３μｍ荧光稳频方法。对利用低压 ＣＯ２气休的 ４.３μｍ荧光饱和共振吸收来稳定ＣＯ２激光频率的原理和装置进行了较详细的描述．测量了４. ３ μｍ荧光兰姆凹陷的相对深度及其宽度；利用三次微分信号确定了最佳调制电压范围．稳频激光输出功率为６Ｗ；利用鉴频曲线估算出锁定后频率稳定度为１０－１０量级。     

利用微波锁相频率计数器实现激光相位锁定的实验研究

稳定激光频率是进行高分辨光谱、精密测量的前提条件.文章利用微波锁相频率计数器,用一台已锁定的激光器,通过拍频信号将另一台激光器锁定在需要的频率差范围内(10 MHz～20 GHz),达到3～4 h稳频的目的,为研究原子系统中的电磁诱导透明光谱、拉曼光谱、四波混频等提供实验依据.     

用乙炔吸收方法实现光纤光栅外腔式半导体激光器稳频的研究

设计了用乙炔吸收方法稳频1.53μm光纤光栅外腔式半导体激光器的系统结构并简述了基本原理.系统中的吸收气室选用渐变折射率和带尾纤的光纤,提高了耦合的稳定性.采用三次谐波锁定技术,消除了背景功率的影响.利用锁定放大器闭环控制布拉格波长,将激光器的输出波长锁定在乙炔气体1530.37nm的吸收峰上,24h内频率稳定度达10-8.     

用光纤连接的双F-P干涉仪传感系统

研制了一个由双F-P腔及有关电子系统组成的远距离传感系统,系统中多模光纤将白光传送至远处的传感双F-P腔,并将传感F-P腔的透射光送回至参考F-P腔,该透射光由一可调参考F-P腔进行分析以确定两腔间距是否相等,一个相对简单的闭环控制电子系统用来使参考腔间距跟踪传感腔间距变化,因此,传感腔间距的测量能通过测量参考腔间距得到,而参考腔间距则通过测量高压放大器输出电压而获得.     

激光陀螺稳频稳锁区控制系统参数模型研究

采用DSP技术设计了激光陀螺稳频稳锁区控制系统,利用转台、温度箱等设备开发了稳频稳锁区控制参数测试系统.结合某型激光陀螺,对控制系统的压电陶瓷特性、光强和锁区特性进行了全面测试,对激光陀螺工作模态选定和锁区稳定范围进行了研究,建立了有针对性的稳频稳锁区控制系统参数模型.最后,对利用该参数模型的某型陀螺在常温下进行了验证试验.陀螺工作正常,无跳模现象,其零偏重复性小于0.01 °/h,表明所建参数能有效控制陀螺.     

光强稳定技术在四频差动激光陀螺稳增益控制中的研究

研究四频差动激光陀螺的稳增益控制技术,建立陀螺增益的物理模型,并分析误差因素。设计通过稳光强来稳增益的方案。实验结果表明,室温下稳光强模式和传统稳流模式相比,四频差动激光陀螺的开机零漂减小0.001 6°/h,长时间零漂减小0.002 9°/h。这对于陀螺性能改善有一定参考价值。     

饱和吸收法和zeeman效应在激光器稳频中的应用

半导体激光器常应用于冷原子实验,对其频率的稳定性有较高要求.饱和吸收法是一种常规的稳频方法,此外,由于zeeman效应,中性原子的超精细能级在磁场中会产生塞曼分裂,且对于左旋和右旋圆偏振光原子能级的偏移不同,可利用这种特性进行稳频,该方法能将激光频率锁定在原子吸收谱线的峰值处.     

基于锁相环芯片的锁模激光器稳频方法

提出了一种基于锁相环芯片的方法对作为光源的锁模激光器脉冲重复频率进行锁定,以提高射频拉远系统中光纤链路传输信号的频率稳定度.在分析了由锁相环芯片和锁模激光器构成的锁相环模型的基础上,分别设计和制作了工作于100 MHz和900 MHz的稳频电路,并在实验室环境下对脉冲重复频率约为100 MHz的锁模激光器进行了测试.测试表明,脉冲重复频率的频率稳定度可达到10~(-11),并且工作于900 MHz的稳频电路性能优于100 MHz.可以利用集成度较高的锁相环芯片,简单高效地提高锁模激光器的频率稳定度.     

一种新的高动态直扩接收机快速码捕获方法

针对接收信号存在大频偏的高动态直扩接收机伪码捕获时间长的问题,分析了高动态环境下匹配滤波检测器相关长度与相关后输出信噪比的关系,比较了相关后的几种检测算法的性能,分析了FFT校频技术的性能.在此基础上提出一种在高动态环境下的码捕获新方法,该方法采用分段匹配滤波相关、最大选择检测算法和二次内插的FFT校频技术.根据新方法设计了捕获电路模块.Matlab系统仿真结果表明,新的捕获方法可以容忍校正更大的频率动态范围,在较低信噪比下快速完成码捕获功能.     

基于锁相环芯片的锁模激光器稳频方法

提出了一种基于锁相环芯片的方法对作为光源的锁模激光器脉冲重复频率进行锁定,以提高射频拉远系统中光纤链路传输信号的频率稳定度.在分析了由锁相环芯片和锁模激光器构成的锁相环模型的基础上,分别设计和制作了工作于100 MHz和900 MHz的稳频电路,并在实验室环境下对脉冲重复频率约为100 MHz的锁模激光器进行了测试.测试表明,脉冲重复频率的频率稳定度可达到10~(-11),并且工作于900 MHz的稳频电路性能优于100 MHz.可以利用集成度较高的锁相环芯片,简单高效地提高锁模激光器的频率稳定度.     

初相移对电光双稳系统特性的影响

本文从带有延时反馈回路的电光双稳系统的动力学方程出发,研究了初相移对该系统的双稳态、非稳区域、稳区共振和非稳区频率锁定特性的影响。所得结果在其它类型的混合型延时反馈双稳系统中具有普遍性。     

基于FFT-COSS的光纤F-P传感器解调算法

针对光纤Fabry-Perot(F-P)传感器的解调，提出一种基于快速傅里叶变换与余弦相似度(FFT-COSS)的腔长解调算法.首先利用快速傅里叶变换确定腔长的粗测值，然后结合余弦相似度算法求取精确腔长值，作为F-P腔的最终解调结果.仿真结果表明，FFT-COSS算法将解调误差控制在±0.2nm，单次解调的平均时间控制在1s.将该算法应用于石墨烯与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)混合膜制作的薄膜式F-P传感器微压测试系统.实验结果表明，FFT-COSS算法的拟合度达到0.9908，腔长分辨率优于0.6218nm，单次解调的平均时间控制在1s，与仿真结果相符.     

一种短波移动信道的跳频同步系统

给出了一种基于自相关原理的跳频信号自适应同步系统，为使该跳频同步系统能适应短波移动信道，采用了短积分时间、串行捕获、多态锁定的同步方案，它能克服短波移动信道中衰落、多用户干扰及其它人为干扰对同步系统产生的影响，能在较强的干扰及较深的衰落条件下稳定工作。同时也给出了多态锁定的状态控制策略，对它的作用作了较详细的论述。     

大型测地激光陀螺仪研究综述

以大型测地型激光陀螺仪为研究对象,对近几年的相关研究进展进行了总结.首先阐述大型激光陀螺仪原理及其在测地学、旋转地震学、基础物理等领域的相关应用;然后根据运转机制的不同,介绍主动和被动激光陀螺仪的工作原理,并分析国内外大型主、被动激光陀螺仪的研究现状;最后从高Q值环形腔、超稳参考光源、陀螺仪闭环锁定、环形腔腔长稳定控制等方面详细介绍面向精密重力测量国家重大科技基础设施(PGMF)建设的大型被动激光陀螺仪的研究进展,同时指出该系统目前的受限因素及未来大型激光陀螺仪的研究方向.     

一种循环谱域GPS卫星导航信号抗干扰方法

针对弱GPS信号受到的时频重叠复杂强干扰,采用信号抵消的思想,提出了一种在循环谱域消除干扰的方法.首先通过循环谱分析获得强干扰信号的循环频率参数;然后利用自适应频移(frequency shift, FRESH)滤波器与所得干扰信号的循环频率,得到具体的强干扰重构与抵消的频移滤波处理过程;最后采用LMS(least mean square)自适应算法对频移滤波进行实际实现,即可完成对强干扰的快速去除.通过对不同干扰场景下分离出的GPS信号跟踪捕获性能仿真,验证了所提方法的有效性.     

抑制与参考信号同频率的干扰的一种方法

锁定放大器和取样积分器都不能抑制与参考信号同频率的干扰。本文提出了一种能抑制这种干扰的方法。信号进行二次调制,引入两个参考信号分别对信号进行互相关处理,从而能抑制与参考信号同频率的干扰。用这种方法设计的仪器抑制同频干扰能力大于50分贝。