异地光频梳校准方法实验研究

1

作者 席文飞 孟飞 +8 位作者 林百科 苏亚北 薛潇博 赵耀 高业胜 曹士英 林弋戈 郎利影 方占军 《计量学报》 北大核心 2025年第2期259-266,共8页

为实现异地校准光频梳,提出了利用1台稳频激光器作为传递标准器的校准方法并进行了实验研究。实验首先利用中国计量科学研究院的标准光频梳,标定了传递激光器的频率均值为194369489387885 Hz,相对扩展不确定度为1.03×10^(-13)(k=2)... 为实现异地校准光频梳,提出了利用1台稳频激光器作为传递标准器的校准方法并进行了实验研究。实验首先利用中国计量科学研究院的标准光频梳,标定了传递激光器的频率均值为194369489387885 Hz,相对扩展不确定度为1.03×10^(-13)(k=2),平均秒级稳定度为1.7×10^(-13)。该实验持续一年半时间,并经过数次长途搬运。在此基础上,实验通过传递激光器分别对2台异地光频梳进行了校准,其中使用参考到氢钟的光频梳测量均值为194369489387827 Hz,相对扩展不确定度为3.2×10^(-13)(k=2),校准值为+58 Hz,平均秒级稳定度为2.0×10^(-13);使用参考至铷钟的光频梳测量均值为194369489388579 Hz,相对扩展不确定度为5.8×10^(-11)(k=2),校准值为-694 Hz,平均秒级稳定度为4.5×10^(-12)。此研究为参考到微波频率标准上的光频梳远程校准提供了新的途径。 展开更多

关键词 计量学 绝对频率测量 光频梳 远程校准 稳频激光器 光频标

在线阅读 下载PDF 职称材料

用于激光频率参数测量的飞秒光学频率梳 被引量：1

2

作者 韩羿 曹士英 +2 位作者 宋文霞 左娅妮 房芳 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期31-46,共16页

近年来随着光纤制造技术和飞秒激光技术的成熟,以掺铒(Er)光纤光学频率梳为代表的频率梳技术,逐步突破了光学频率测量领域,在长度测量、精密光谱分析、超低相位噪声微波频率产生、精密时间频率传递、温度测量等领域发挥出越来越重要的作... 近年来随着光纤制造技术和飞秒激光技术的成熟,以掺铒(Er)光纤光学频率梳为代表的频率梳技术,逐步突破了光学频率测量领域,在长度测量、精密光谱分析、超低相位噪声微波频率产生、精密时间频率传递、温度测量等领域发挥出越来越重要的作用,已成为许多高端科研领域的基础性工具。但飞秒光学频率梳所解决的重要问题是对激光频率进行测量。本文主要面向激光频率参数测量的需求,研制基于掺Er光纤飞秒激光器的光学频率梳,在实现光学频率梳稳定运转的前提下,通过非线性光学频率变换技术,实现光谱范围从掺Er光纤光学频率梳的中心波长向各个待测激光波长的转换,并完成与多个不同波长激光的拍频信号探测。目前已验证的飞秒光梳可测频率范围为500~2000 nm;频率稳定度和准确度为10^(-16)量级;线宽为Hz量级。该指标满足了激光频率特性参数测量的需求,为激光绝对频率、频率漂移、线宽等参数的测量提供了基础性的测量工具。 展开更多

关键词 光学频率梳 频率测量 拍频 稳定度 线宽 绝对频率

在线阅读 下载PDF 职称材料

集成化的1.5μm乙炔线性吸收稳频激光系统 被引量：1

3

作者 王艳 杨涛 +2 位作者 慈骋 薛振宇 林弋戈 《计量学报》 北大核心 2025年第6期847-852,共6页

现有乙炔饱和吸收稳频激光系统的稳定度和准确度明显超过波长计校准的需求。为适用于通讯波段波长计的校准,研制了一套集成化乙炔线性吸收稳频激光系统。该系统采用一次谐波线性吸收稳频的方法,使窄线宽单频激光器(DFB)输出的激光频率... 现有乙炔饱和吸收稳频激光系统的稳定度和准确度明显超过波长计校准的需求。为适用于通讯波段波长计的校准,研制了一套集成化乙炔线性吸收稳频激光系统。该系统采用一次谐波线性吸收稳频的方法,使窄线宽单频激光器(DFB)输出的激光频率锁定在^(13)C_(2)H_(2)的194.3695 THz(1542.38 nm)吸收谱线上。通过采用光纤输出搭配5.5 cm乙炔气室的光学系统来探测乙炔吸收信号,提高了光学系统的稳定性;同时将光学系统和电学系统集成在一个紧凑的213.2 mm×128.7 mm×300 mm的机箱中,通过该集成化的光电结合系统实现乙炔稳频系统的自动锁定功能。研制的这套紧凑、低成本、稳定的乙炔稳频激光器系统,其1 s频率稳定度可以达到2.3×10^(-9),经光学频率梳测量得到该系统的绝对频率值为194369563.8(4)MHz。 展开更多

关键词 光学计量 激光稳频 线性吸收 一次谐波 1.5μm通讯波段 激光波长标准

在线阅读 下载PDF 职称材料

下落式冷原子微波钟磁屏蔽系统设计

4

作者 刘娟 郑发松 +6 位作者 刘昆 陈伟亮 慈骋 薛振宇 戴少阳 左娅妮 房芳 《计量学报》 北大核心 2025年第5期738-747,共10页

为降低环境磁场扰动对钟输出频率稳定度和准确度的影响程度,设计并研制了一套用于小型下落式冷原子微波钟的磁屏蔽系统。该磁屏蔽系统采用了3层坡莫合金屏蔽层,磁光阱(MOT)和探测腔置于最外层与中层磁屏蔽之间,Ramsey腔置于内层磁屏蔽... 为降低环境磁场扰动对钟输出频率稳定度和准确度的影响程度,设计并研制了一套用于小型下落式冷原子微波钟的磁屏蔽系统。该磁屏蔽系统采用了3层坡莫合金屏蔽层,磁光阱(MOT)和探测腔置于最外层与中层磁屏蔽之间,Ramsey腔置于内层磁屏蔽中。基于有限元方法,对该系统进行三维建模,并对其主要结构参数进行了仿真分析,得到了最优参数。在中层和内层轴向孔处设置延伸管来减小环境磁场对Ramsey腔区域的扰动,在最外层与中层磁屏蔽之间设置隔离层来减小探测腔区域由离子泵带来的强磁场对MOT区域的扰动。仿真结果表明:优化设计的磁屏蔽系统中心轴向屏蔽效能可达到114.2 dB;MOT腔置于50 mm区域内,其剩磁波动为4.8 nT;Ramsey腔置于120 mm区域内,其剩磁波动约为1.5 nT。根据最优仿真参数研制了磁屏蔽系统实物,并在下落式冷原子微波钟中进行了应用。 展开更多

关键词 时间频率计量 冷原子微波钟 磁屏蔽 有限元

在线阅读 下载PDF 职称材料

用于光钟的室温超稳激光系统研究进展

5

作者 张亚南 左娅妮 +6 位作者 戴少阳 曹士英 慈骋 王潮巍 薛振宇 韩越祥 房芳 《计量学报》 北大核心 2025年第6期899-909,共11页

光学频率标准(光钟)是当前时间频率领域中不确定度指标最优的频率标准之一。光钟由3部分组成,包括囚禁冷原子或离子的物理系统、用作本振的超稳激光系统以及光学-电控系统,其中超稳激光系统是光钟的核心部件之一,其性能直接影响光钟的... 光学频率标准(光钟)是当前时间频率领域中不确定度指标最优的频率标准之一。光钟由3部分组成,包括囚禁冷原子或离子的物理系统、用作本振的超稳激光系统以及光学-电控系统,其中超稳激光系统是光钟的核心部件之一,其性能直接影响光钟的短期频率稳定度。在国际计量局关于秒定义修改路线图中,对光钟相对频率不确定度的要求优于2×10^(-18),这需要光钟的钟激光具有极高的稳定度。为了压窄激光线宽提高超稳激光的稳定度指标,国内外各研究单位对零膨胀系数在室温附近的超稳腔体的长度、形状以及支撑方式等进行了深入的研究。光钟超稳激光系统利用Pound-Drever-Hall稳频技术将激光频率锁定到超稳腔,需要在系统中控制参考腔的内禀噪声和环境噪声。系统总结了影响超稳激光稳定度的热噪声、振动噪声、电噪声等关键因素及控制方法。同时基于超稳激光的原理、结构以及各部分的发展情况,对室温超稳光学腔的研究进展进行了探讨。 展开更多

关键词 时间频率计量 超稳激光 参考腔 PDH稳频技术 频率稳定度

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于光纤网络的异地光梳校准技术研究

6

作者 麻静 孟飞 陈亮 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第5期209-218,共10页

光学频率频梳作为一种精密光学频率计量设备,在高精度光谱分析、精密绝对距离测量以及高准确度频率标准建立等领域有着非常重要的应用。为了满足对光频梳测量能力准确评价与验证的切实需求,提出了一种基于光纤网络实现光梳异地比对及校... 光学频率频梳作为一种精密光学频率计量设备,在高精度光谱分析、精密绝对距离测量以及高准确度频率标准建立等领域有着非常重要的应用。为了满足对光频梳测量能力准确评价与验证的切实需求,提出了一种基于光纤网络实现光梳异地比对及校准的方法。实验使用一台波长为1542 nm的超稳激光器作为被测对象,该激光器发出的光信号通过中国计量科学研究院园区内的光纤网络,被分别传送到设置于不同网络节点的标准光梳和待校准光梳处。通过这两者对被测激光进行同步的绝对频率测量及数据处理,实现了校准过程。文中还对校准过程中由光频传递及远程同步计数等因素带来的影响进行了研究,通过搭建链路噪声测试装置及不同模式的计数方式比对,分别给出了量化的校准误差。在校准过程中,标准光梳使用氢钟信号作为频率参考,待校准光梳使用铷钟信号作为频率参考,得到的频率校准相对偏差为2.08×10^(-10),不确定度为3.16×10^(-13),平均秒级相对稳定度为8.09×10^(-12),均与铷钟指标相符。该方法为实际开展异地光梳比对及校准工作提供了新的方法和实验研究依据。 展开更多

关键词 光频梳 光梳校准 远程校准 绝对频率测量 光频传递

在线阅读 下载PDF 职称材料

长期稳定度2.6×10 ^(-16) 的工程化高可靠铷原子喷泉钟 被引量：3

7

作者 陈伟亮 刘昆 +2 位作者 郑发松 戴少阳 房芳 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期79-86,共8页

随着喷泉钟运行可靠性的提升和激光技术的日趋成熟,喷泉钟不仅可以作为基准钟驾驭原子时标,提升原子时标的长期稳定度和准确度指标,还可以紧驾驭氢钟作为复合守时钟使用。铷原子的基态超精细能级跃迁作为次级秒定义,具有碰撞截面小,冷... 随着喷泉钟运行可靠性的提升和激光技术的日趋成熟,喷泉钟不仅可以作为基准钟驾驭原子时标,提升原子时标的长期稳定度和准确度指标,还可以紧驾驭氢钟作为复合守时钟使用。铷原子的基态超精细能级跃迁作为次级秒定义,具有碰撞截面小,冷却激光运行可靠性高的优势,更加适合工程化。中国计量科学研究院研制的工程化铷原子喷泉钟采用双金属微波真空一体腔提升系统温度适应性,采用小型化光学系统和笼式结构探测光系统提升了运行可靠性,实现了铷喷泉钟长期准连续运行,年运行率达到97.5%。通过1年的比对测试,铷喷泉钟与NIM5铯喷泉钟频率比对的长期稳定度优于3.7×10^(-16),单台喷泉钟的长期频率稳定度优于2.6×10^(-16)。 展开更多

关键词 铷 喷泉钟 长期稳定度 准连续运行

在线阅读 下载PDF 职称材料

NIM5驾驭氢钟守时能力分析 被引量：1

8

作者 王玉琢 徐倩 +2 位作者 刘昆 房芳 张爱敏 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期129-136,共8页

时间频率量值源头的独立自主是建设我国综合PNT体系的重要基础。为进一步评估基于我国国家秒长基准的原子时标守时能力,利用改进的有限脉冲响应钟差预测与频率调控方法,对激光冷却铯原子喷泉钟与氢钟的频差实测数据进行后处理,分别产生... 时间频率量值源头的独立自主是建设我国综合PNT体系的重要基础。为进一步评估基于我国国家秒长基准的原子时标守时能力,利用改进的有限脉冲响应钟差预测与频率调控方法,对激光冷却铯原子喷泉钟与氢钟的频差实测数据进行后处理,分别产生了自主型时标和溯源型时标。通过国际原子时合作链路将两个时标与协调世界时进行了长期比对实验,结果表明:2021年12月~2022年12月期间,两个时标的时间偏差均优于±4 ns、频率稳定度均优于8×10^(-16)/5 d。 展开更多

关键词 铯原子喷泉钟 秒长基准 原子时标 原子钟 驾驭算法

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于NIM-Sr1光晶格钟驾驭氢钟产生本地时标的研究

9

作者 朱琳 王强 +2 位作者 王玉琢 林弋戈 方占军 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期137-144,共8页

光钟在生成高性能原子时标方面有很大的潜力。本文介绍了以中国计量科学研究院(NIM)的NIM-Sr1光晶格钟为参考生成本地时标的基本思路,评估了实验室目前用作飞轮振荡器的HM57氢钟的噪声参数。针对NIM-Sr1光晶格钟作为基准钟长期间歇运行... 光钟在生成高性能原子时标方面有很大的潜力。本文介绍了以中国计量科学研究院(NIM)的NIM-Sr1光晶格钟为参考生成本地时标的基本思路,评估了实验室目前用作飞轮振荡器的HM57氢钟的噪声参数。针对NIM-Sr1光晶格钟作为基准钟长期间歇运行时的运行率和时间分布,设计了对测量数据的分段处理方式。通过对2022年9月和10月NIM-Sr1光晶格钟与HM57氢钟比对数据的后处理,生成了光钟驾驭的纸面时标TS(P),其在60天内相对于TT(BIPM22)的最大时间偏差为0.7 ns,验证了驾驭方法的可靠性。搭建了以NIM-Sr1光晶格钟为参考驾驭HM57氢钟生成本地实时物理时标的实验系统,并评估了2023年4月生成的实时物理时标TS(R)的性能,其在30天内相对于UTC的最大时间偏差为0.89 ns。 展开更多

关键词 时标 光钟 驾驭 氢钟

在线阅读 下载PDF 职称材料

NIM-Sr2锶原子光晶格钟物理系统研究

10

作者 卢炳坤 廖堂银 +2 位作者 杨涛 林弋戈 方占军 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期87-94,共8页

锶原子光晶格钟在基础物理研究和时间频率精密测量领域中占有重要的地位。中国计量科学研究院在第1套锶原子光晶格钟NIM-Sr1的基础上,开展了进一步提升光钟性能的研究,研制出了第2套锶原子光晶格钟NIM-Sr2。NIM-Sr2的物理系统在量子参... 锶原子光晶格钟在基础物理研究和时间频率精密测量领域中占有重要的地位。中国计量科学研究院在第1套锶原子光晶格钟NIM-Sr1的基础上,开展了进一步提升光钟性能的研究,研制出了第2套锶原子光晶格钟NIM-Sr2。NIM-Sr2的物理系统在量子参考体系制备、钟激光探寻及系统频移评估等方面进行了重新设计。在原子炉和磁光阱之间新增真空差分结构,使原子炉的运行对磁光阱区域真空压力的影响降低到1×10^(-8) Pa;将塞曼减速器中的通电线圈替换为永磁铁,优化了水冷反亥姆霍兹线圈的缠绕方式,并向外延伸塞曼减速器通光窗口,把磁光阱区域环境温度的不均匀性降低到了0.166 K。系统频移评估表明,这些物理系统的改进显著减小了NIM-Sr2的系统频移不确定度,达到了7.2×10^(-18)。 展开更多

关键词 光钟 光晶格 系统频移评估 物理系统

在线阅读 下载PDF 职称材料

光纤长度标准装置及其结果修正研究

11

作者 袁伟炳 孟飞 +3 位作者 林百科 杨凯 陈亮 方占军 《计量学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期1745-1752,共8页

为了更好地满足国内光时域反射计(OTDR)的长度量值计量需求,研制了一套基于调制相移法原理的光纤长度标准。装置采用模块化设计,实现了激光器驱动、信号调制、光电转换及频率变换等主要系统单元,并增加了1550 nm窗口的长度测量能力。通... 为了更好地满足国内光时域反射计(OTDR)的长度量值计量需求,研制了一套基于调制相移法原理的光纤长度标准。装置采用模块化设计,实现了激光器驱动、信号调制、光电转换及频率变换等主要系统单元,并增加了1550 nm窗口的长度测量能力。通过独立测量光纤温度修正系数及波长修正系数,在国内已报道的光纤长度标准研究结果中实现对温度及通信窗口测试光源波长不同而引起长度量值变化的归一化修正,并给出完整的不确定度评估结果,为面向OTDR检定领域的光纤长度量值溯源提供了实验依据及新的思路和方法。实验结果表明,光纤长度测量结果不确定度在1310 nm窗口和1550 nm窗口下分别为U=(0.016+7.2×10^(-6)L)m(k=2)和U=(0.028+7.2×10^(-6)L)m(k=2)。使用该标准标定OTDR传递标准用14 km光纤,不确定度为0.13 m(k=2),相较于现行标准指标提升近1倍。 展开更多

关键词 几何量计量 光纤长度 光时域反射计 温度修正 波长修正

在线阅读 下载PDF 职称材料

重频可调谐U波段被动谐波锁模光纤激光器

12

作者 王明娇 黄千千 +3 位作者 李卫淅 田昊晨 黄梓楠 牟成博 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期40-48,共9页

U波段(1 625~1 675 nm)高重频锁模光纤激光器在甲烷气体检测、扩展通信波段、光子显微镜、眼部手术等领域有广泛的应用前景。基于被动谐波锁模(Harmonic Mode-Locking, HML)的孤子自频移(Soliton Self-Frequency Shift, SSFS)技术是一... U波段(1 625~1 675 nm)高重频锁模光纤激光器在甲烷气体检测、扩展通信波段、光子显微镜、眼部手术等领域有广泛的应用前景。基于被动谐波锁模(Harmonic Mode-Locking, HML)的孤子自频移(Soliton Self-Frequency Shift, SSFS)技术是一种实现高重频U波段激光输出的有效方式。首先搭建了基于非线性偏振旋转(Nonlinear Polarization Rotation, NPR)的被动HML光纤激光器,并以此为种子源,通过级联的放大系统将输出功率最高放大至1.7 W。而后将放大的脉冲输入到一段反常色散的色散位移光纤(Dispersion-Shifted Fiber, DSF)中,利用SSFS效应将其中心波长频移至U波段。研究了其中三个重复频率(722.0、941.7、1 224.2 MHz)状态,系统地探究了脉冲重复频率对SSFS的影响。首次使用NPR被动HML光纤激光器作为SSFS效应种子源,实现了波长可覆盖整个U波段范围的GHz脉冲输出。 展开更多

关键词 谐波锁模光纤激光器 U波段 孤子自频移 非线性偏振旋转

在线阅读 下载PDF 职称材料