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基于噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术实现光纤激光器到1530.58 nm NH3亚多普勒饱和光谱的频率锁定

贾梦源 赵刚 周月婷 刘建鑫 郭松杰 吴永前 马维光 张雷 董磊 尹王保 肖连团 贾锁堂

基于噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术实现光纤激光器到1530.58 nm NH3亚多普勒饱和光谱的频率锁定

贾梦源, 赵刚, 周月婷, 刘建鑫, 郭松杰, 吴永前, 马维光, 张雷, 董磊, 尹王保, 肖连团, 贾锁堂
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  • 噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术(NICE-OHMS)由于结合了频率调制光谱与腔增强光谱两种技术,不仅可以将激光耦合到高精细度谐振腔大幅提高腔内功率,还可以实现低气压样品气体的高灵敏测量,因此基于该技术可以实现分子吸收线的饱和,获得亚多普勒光谱,从而能作为激光频率锁定的参考.本文基于光纤激光器的NICE-OHMS技术,将光纤激光器频率锁定到NH3的亚多普勒吸收线上.首先分析了基于Pound-Drever-Hall和DeVoe-Brewer技术实现激光到腔模和调制频率到腔自由光谱区频率锁定的性能,之后在腔内气压为70 mTorr条件下,测量了半高全宽为2.05 MHz的NH3亚多普勒信号,最后将1.53 μm的光纤激光器频率锁定到该亚多普勒吸收线上,相对频率偏差为16.3 kHz,阿伦方差结果显示,136 s积分时间下频率稳定度达到1.6×10-12.
      通信作者: 马维光, mwg@sxu.edu.cn
    • 基金项目: 国家重点研发计划项目(批准号:2017YFA03044200)、长江学者和创新团队发展计划(批准号:IRT13076)、国家自然科学基金(批准号:11434007,61475093,61378047,61675122,61622503,61575113,11704236)、山西省青年科学基金(批准号:2015021105)、山西省回国留学人员科研资助项目(批准号:2017-016)和山西省高等学校重点学科建设项目资助的课题.
    [1]

    Matthey R, Affolderbach C, Mileti G 2011 Opt. Lett. 36 3311

    [2]

    Hall John L 2006 Rev. Mod. Phys. 78 1279

    [3]

    Cancio Pastor P, Consolino L, Giusfredi G, de Natale P, Inguscio M, Yerokhin V A, Pachucki K 2012 Phys. Rev. Lett. 108 143001

    [4]

    Arie A, Schiller S, Gustafson E K, Byer R L 1992 Opt. Lett. 17 1204

    [5]

    Kazovsky L G 1986 J. Lightwave Technol. 4 182

    [6]

    Ohmae N, Moriwaki S, Mio N 2010 Rev. Sci. Instrum. 81 073105

    [7]

    Xiang L, Zhang X, Zhang J W, Ning Y Q, Hofmann W, Wang L J 2017 Chin. Phys. B 26 074209

    [8]

    Hall J L, Hollberg L, Baer T, Robinson H G 1981 Appl. Phys. Lett. 39 680

    [9]

    Kunz P D, Heavner T P, Jefferts S R 2013 Appl. Opt. 52 8048

    [10]

    Webster S A, Oxborrow M, Gill P 2004 Opt. Lett. 29 1497

    [11]

    Ludlow A D, Huang X, Notcutt M, Zanon-Willette T, Foreman S M, Boyd M M, Blatt S, Ye J 2007 Opt. Lett. 32 641

    [12]

    Ye J, Ma L S, Hall J L 1996 Opt. Lett. 21 1000

    [13]

    Ma L S, Ye J, Dube P, Hall J L 1999 J. Opt. Soc. Am. B 16 2255

    [14]

    Gianfrani L, Fox R W, Hollberg L 1999 J. Opt. Soc. Am. B 16 2247

    [15]

    Ye J, Ma L S, Hall J L 1997 IEEE Trans. Instrum. Meas. 46 178

    [16]

    Han H N, Zhang J W, Zhang Q, Zhang L, Wei Z Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 164206 (in Chinese)[韩海年, 张金伟, 张青, 张龙, 魏志义 2012 物理学报 61 164206]

    [17]

    DeVoe R G, Brewer R G 1984 Phys. Rev. A 30 2827

    [18]

    Zhao G, Hausmaninger T, Ma W, Axner O 2017 Opt. Lett. 42 3109

    [19]

    Dinesan H, Fasci E, Castrillo A, Gianfrani L 2014 Opt. Lett. 39 2198

    [20]

    van Leeuwen N J, Wilson A C 2004 J. Opt. Soc. Am. B 21 1713

    [21]

    Curtis E A, Barwood G P, Huang G, Edwards C S, Gieseking B, Brewer P J 2017 J. Opt. Soc. Am. B 34 950

    [22]

    Taubman M S, Myers T L, Cannon B D, Kelly J F, Williams R M 2004 Spectrochim. Acta A 60 3457

    [23]

    Silander I, Hausmaninger T, Ma W G, Harren F J M, Axner O 2015 Opt. Lett. 40 439

    [24]

    Schmidt F M, Foltynowicz A, Ma W G, Axner O 2007 J. Opt. Soc. Am. B 24 1392

    [25]

    Dinesan H, Facsi E, Castrillo A, Gianfrani L 2014 Opt. Lett. 39 2198

    [26]

    Saraf S, Berceau P, Stochino A, Byer R, Lipa J 2016 Opt. Lett. 41 2189

    [27]

    Chen T L, Liu Y W 2017 Opt. Lett. 42 2447

    [28]

    Ma W G, Silander I, Hausmaninger T, Axner O 2016 J. Quant. Spectrosc. Ra. 168 217

    [29]

    Axner O, Ma W G, Foltynowicz A 2008 J. Opt. Soc. Am. B 25 1166

    [30]

    Rothman L S, Jacaquemart D, Barbe A, Chris Benner D, Birk M, Brown L R, Carleer M R, Charkerian C, Chance K, Coudert L H, Dana V, Devi M V, Flaud J M, Gamache R R, Goldman A, Hartmann J M, Jucks K W, Maki A G, Mandin J Y, Massie S T, Orphal J, Perrin A, Rinsland C P, Smith M A H, Tennyson J, Tolchenov R N, Toth R A, Auwera J V, Varanasi P, Wagner G 2005 J. Quant. Spectrosc. Ra. 96 139

    [31]

    Ehlers P, Johansson A C, Silander I, Foltynowicz A, Axner O 2014 J. Opt. Soc. Am. B 31 2938

    [32]

    Jia M Y, Zhao G, Hou J J, Tan W, Qiu X D, Ma W G, Zhang L, Dong L, Yin W B, Xiao L T, Jia S T 2016 Acta Phys. Sin. 65 128701 (in Chinese)[贾梦源, 赵刚, 侯佳佳, 谭巍, 邱晓东, 马维光, 张雷, 董磊, 尹王宝, 肖连团, 贾锁堂 2016 物理学报 65 128701]

    [33]

    Ma W G, Tan W, Zhao G, Li Z X, Fu X F, Dong L, Zhang L, Yin W B, Jia S T 2014 Spectrosc. Spect. Anal. 34 2180 (in Chinese)[马维光, 谭巍, 赵刚, 李志新, 付小芳, 董磊, 张雷, 尹王宝, 贾锁堂 2014 光谱学与光谱分析 34 2180]

  • [1]

    Matthey R, Affolderbach C, Mileti G 2011 Opt. Lett. 36 3311

    [2]

    Hall John L 2006 Rev. Mod. Phys. 78 1279

    [3]

    Cancio Pastor P, Consolino L, Giusfredi G, de Natale P, Inguscio M, Yerokhin V A, Pachucki K 2012 Phys. Rev. Lett. 108 143001

    [4]

    Arie A, Schiller S, Gustafson E K, Byer R L 1992 Opt. Lett. 17 1204

    [5]

    Kazovsky L G 1986 J. Lightwave Technol. 4 182

    [6]

    Ohmae N, Moriwaki S, Mio N 2010 Rev. Sci. Instrum. 81 073105

    [7]

    Xiang L, Zhang X, Zhang J W, Ning Y Q, Hofmann W, Wang L J 2017 Chin. Phys. B 26 074209

    [8]

    Hall J L, Hollberg L, Baer T, Robinson H G 1981 Appl. Phys. Lett. 39 680

    [9]

    Kunz P D, Heavner T P, Jefferts S R 2013 Appl. Opt. 52 8048

    [10]

    Webster S A, Oxborrow M, Gill P 2004 Opt. Lett. 29 1497

    [11]

    Ludlow A D, Huang X, Notcutt M, Zanon-Willette T, Foreman S M, Boyd M M, Blatt S, Ye J 2007 Opt. Lett. 32 641

    [12]

    Ye J, Ma L S, Hall J L 1996 Opt. Lett. 21 1000

    [13]

    Ma L S, Ye J, Dube P, Hall J L 1999 J. Opt. Soc. Am. B 16 2255

    [14]

    Gianfrani L, Fox R W, Hollberg L 1999 J. Opt. Soc. Am. B 16 2247

    [15]

    Ye J, Ma L S, Hall J L 1997 IEEE Trans. Instrum. Meas. 46 178

    [16]

    Han H N, Zhang J W, Zhang Q, Zhang L, Wei Z Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 164206 (in Chinese)[韩海年, 张金伟, 张青, 张龙, 魏志义 2012 物理学报 61 164206]

    [17]

    DeVoe R G, Brewer R G 1984 Phys. Rev. A 30 2827

    [18]

    Zhao G, Hausmaninger T, Ma W, Axner O 2017 Opt. Lett. 42 3109

    [19]

    Dinesan H, Fasci E, Castrillo A, Gianfrani L 2014 Opt. Lett. 39 2198

    [20]

    van Leeuwen N J, Wilson A C 2004 J. Opt. Soc. Am. B 21 1713

    [21]

    Curtis E A, Barwood G P, Huang G, Edwards C S, Gieseking B, Brewer P J 2017 J. Opt. Soc. Am. B 34 950

    [22]

    Taubman M S, Myers T L, Cannon B D, Kelly J F, Williams R M 2004 Spectrochim. Acta A 60 3457

    [23]

    Silander I, Hausmaninger T, Ma W G, Harren F J M, Axner O 2015 Opt. Lett. 40 439

    [24]

    Schmidt F M, Foltynowicz A, Ma W G, Axner O 2007 J. Opt. Soc. Am. B 24 1392

    [25]

    Dinesan H, Facsi E, Castrillo A, Gianfrani L 2014 Opt. Lett. 39 2198

    [26]

    Saraf S, Berceau P, Stochino A, Byer R, Lipa J 2016 Opt. Lett. 41 2189

    [27]

    Chen T L, Liu Y W 2017 Opt. Lett. 42 2447

    [28]

    Ma W G, Silander I, Hausmaninger T, Axner O 2016 J. Quant. Spectrosc. Ra. 168 217

    [29]

    Axner O, Ma W G, Foltynowicz A 2008 J. Opt. Soc. Am. B 25 1166

    [30]

    Rothman L S, Jacaquemart D, Barbe A, Chris Benner D, Birk M, Brown L R, Carleer M R, Charkerian C, Chance K, Coudert L H, Dana V, Devi M V, Flaud J M, Gamache R R, Goldman A, Hartmann J M, Jucks K W, Maki A G, Mandin J Y, Massie S T, Orphal J, Perrin A, Rinsland C P, Smith M A H, Tennyson J, Tolchenov R N, Toth R A, Auwera J V, Varanasi P, Wagner G 2005 J. Quant. Spectrosc. Ra. 96 139

    [31]

    Ehlers P, Johansson A C, Silander I, Foltynowicz A, Axner O 2014 J. Opt. Soc. Am. B 31 2938

    [32]

    Jia M Y, Zhao G, Hou J J, Tan W, Qiu X D, Ma W G, Zhang L, Dong L, Yin W B, Xiao L T, Jia S T 2016 Acta Phys. Sin. 65 128701 (in Chinese)[贾梦源, 赵刚, 侯佳佳, 谭巍, 邱晓东, 马维光, 张雷, 董磊, 尹王宝, 肖连团, 贾锁堂 2016 物理学报 65 128701]

    [33]

    Ma W G, Tan W, Zhao G, Li Z X, Fu X F, Dong L, Zhang L, Yin W B, Jia S T 2014 Spectrosc. Spect. Anal. 34 2180 (in Chinese)[马维光, 谭巍, 赵刚, 李志新, 付小芳, 董磊, 张雷, 尹王宝, 贾锁堂 2014 光谱学与光谱分析 34 2180]

  • [1] 张曦, 刘慧, 姜坤良, 王进起, 熊转贤, 贺凌翔, 吕宝龙. 利用传输腔技术实现镱原子光钟光晶格场的频率稳定. 物理学报, 2017, 66(16): 164205. doi: 10.7498/aps.66.164205
    [2] 蒋建, 常建华, 冯素娟, 毛庆和. 基于光纤激光器的中红外差频多波长激光产生. 物理学报, 2010, 59(11): 7892-7898. doi: 10.7498/aps.59.7892
    [3] 杨薇, 刘迎, 肖立峰, 杨兆祥, 潘建旋. 声光可调谐环形腔掺铒光纤激光器. 物理学报, 2010, 59(2): 1030-1034. doi: 10.7498/aps.59.1030
    [4] 朱亚东, 肖虎, 王小林, 马阎星, 周朴. 利用全光纤结构Michelson腔实现两路高功率双包层光纤激光器相干合成. 物理学报, 2012, 61(5): 054210. doi: 10.7498/aps.61.054210
    [5] 熊水东, 徐攀, 马明祥, 胡正良, 胡永明. 掺铒光纤环形激光器中饱和吸收光栅瞬态特性引发跳模的实验研究. 物理学报, 2014, 63(13): 134206. doi: 10.7498/aps.63.134206
    [6] 王静, 郑凯, 李坚, 刘利松, 陈根祥, 简水生. 基于高双折射Sagnac环的可调环形腔掺铒光纤激光器理论与实验研究. 物理学报, 2009, 58(11): 7695-7701. doi: 10.7498/aps.58.7695
    [7] 陈恺, 祝连庆, 牛海莎, 孟阔, 董明利. 基于1556 nm光纤激光器频率分裂效应的应力测量. 物理学报, 2019, 68(10): 104201. doi: 10.7498/aps.68.20182171
    [8] 冯德军, 黄文育, 姜守振, 季伟, 贾东方. 基于少数层石墨烯可饱和吸收的锁模光纤激光器. 物理学报, 2013, 62(5): 054202. doi: 10.7498/aps.62.054202
    [9] 延凤平, 毛向桥, 王琳, 傅永军, 魏淮, 郑凯, 龚桃荣, 刘鹏, 陶沛琳, 简水生. 基于偏振保持掺Er3+光纤的高稳定性单波长光纤激光器. 物理学报, 2009, 58(9): 6296-6299. doi: 10.7498/aps.58.6296
    [10] 黄琳, 代志勇, 刘永智. 不同脉冲重复频率下抽运方式对全光纤声光调Q激光器性能的影响. 物理学报, 2009, 58(10): 6992-6999. doi: 10.7498/aps.58.6992
    [11] 许 鸥, 鲁韶华, 简水生. 用于单频光纤激光器的光纤光栅双腔Fabry-Perot结构传输谱特性理论研究. 物理学报, 2008, 57(10): 6404-6411. doi: 10.7498/aps.57.6404
    [12] 饶云江. 长距离分布式光纤传感技术研究进展. 物理学报, 2017, 66(7): 074207. doi: 10.7498/aps.66.074207
    [13] 袁浩, 朱方祥, 王金涛, 杨蓉, 王楠, 于洋, 闫培光, 郭金川. 基于铋可饱和吸收体的超快激光产生. 物理学报, 2020, 69(9): 094203. doi: 10.7498/aps.69.20191995
    [14] 张丽梦, 胡明列, 顾澄琳, 范锦涛, 王清月. 高功率, 红光至中红外可调谐腔内和频光学参量振荡器. 物理学报, 2014, 63(5): 054205. doi: 10.7498/aps.63.054205
    [15] 陈益沙, 廖雷, 李进延. 数值孔径对掺镱光纤振荡器模式不稳定阈值影响的实验研究. 物理学报, 2019, 68(11): 114206. doi: 10.7498/aps.68.20182257
    [16] 阮军, 王叶兵, 常宏, 姜海峰, 刘涛, 董瑞芳, 张首刚. 时间频率基准装置的研制现状. 物理学报, 2015, 64(16): 160308. doi: 10.7498/aps.64.160308
    [17] 吕昌贵, 崔一平, 王著元, 恽斌峰. 光纤布拉格光栅法布里-珀罗腔纵模特性研究. 物理学报, 2004, 53(1): 145-150. doi: 10.7498/aps.53.145
    [18] 任广军, 张 强, 王 鹏, 姚建铨. 掺钕保偏光纤激光器的研究. 物理学报, 2007, 56(7): 3917-3923. doi: 10.7498/aps.56.3917
    [19] 段开椋, 王屹山, 王建明. 两光纤激光器相干合成的实验研究. 物理学报, 2008, 57(9): 5627-5631. doi: 10.7498/aps.57.5627
    [20] 姚建铨, 魏臻, 任广军. 调Q脉冲保偏光纤激光器的研究. 物理学报, 2009, 58(2): 941-945. doi: 10.7498/aps.58.941
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-28
  • 修回日期:  2018-03-16
  • 刊出日期:  2019-05-20

基于噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术实现光纤激光器到1530.58 nm NH3亚多普勒饱和光谱的频率锁定

  • 1. 山西大学, 激光光谱研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 太原 030006;
  • 2. 山西大学, 极端光学协同创新中心, 太原 030006;
  • 3. 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
  • 通信作者: 马维光, mwg@sxu.edu.cn
    基金项目: 

    国家重点研发计划项目(批准号:2017YFA03044200)、长江学者和创新团队发展计划(批准号:IRT13076)、国家自然科学基金(批准号:11434007,61475093,61378047,61675122,61622503,61575113,11704236)、山西省青年科学基金(批准号:2015021105)、山西省回国留学人员科研资助项目(批准号:2017-016)和山西省高等学校重点学科建设项目资助的课题.

摘要: 噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术(NICE-OHMS)由于结合了频率调制光谱与腔增强光谱两种技术,不仅可以将激光耦合到高精细度谐振腔大幅提高腔内功率,还可以实现低气压样品气体的高灵敏测量,因此基于该技术可以实现分子吸收线的饱和,获得亚多普勒光谱,从而能作为激光频率锁定的参考.本文基于光纤激光器的NICE-OHMS技术,将光纤激光器频率锁定到NH3的亚多普勒吸收线上.首先分析了基于Pound-Drever-Hall和DeVoe-Brewer技术实现激光到腔模和调制频率到腔自由光谱区频率锁定的性能,之后在腔内气压为70 mTorr条件下,测量了半高全宽为2.05 MHz的NH3亚多普勒信号,最后将1.53 μm的光纤激光器频率锁定到该亚多普勒吸收线上,相对频率偏差为16.3 kHz,阿伦方差结果显示,136 s积分时间下频率稳定度达到1.6×10-12.

English Abstract

参考文献 (33)

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