JJG 353-1994 兰姆凹陷稳频He-Ne激光器检定规程.pdf

1、JJJJ 中华人民共和国国家计量检定规程JJG 353-94 兰姆凹陷稳频He-Ne激光器1994年7月12目批准1995每1月1日实施国家技术监督局兰姆凹陷稳频He-Ne激光器检定规程.毒品SSSJSKV4 48骨呻M一制呻-日伽串zdZUH吵岛附如呻咱LF呻rh替如呻代制H晶d-AV+申气Verification Regulation of Lamb Dip Stabilized He-Ne Laser 本检定规程经国家技术监督局于1994年7月12日批准，并自1995年1月1日起施行.归口单位s中国计量科学研究院起草单位a中国计量科学研究院本规程技术条文由起草单位负责解释.本规程主要起草

2、人z李成阳中国计量科学研究院李银珠中国计量科学研究院倪菁才中国计量科学研究院目录一概述.(1) 一检定项目和检定条件.(2) 一检定要求和检定方法(3) 四检定结果的处理(8)JJG 353-94 共8页第1页兰姆凹陷稳频He-Ne激光器检定规程本规程适用于新制造和使用中的用于量值传递的兰姆凹陷稳频633 nm He- 2 CNe (或He-22Ne)激光器的检定.-概述j兰姆凹陷稳频633nm He-Ne 进光器管以下简称稳频管主要由放l包管和谐振腔两部分组成.放电管内充He.20N (或UNe)混合气体，通过毛细管进行放电.激光电源应使用稳流源.谐振腔长度由压电陶瓷控制，用以改变和控制激光

3、频率.腔间隔器一般采用低线膨胀系数的材料.当谐振腔长度变化时，激光频率和输出功率也随之变化.附1示出其输出功率随频率变化的曲线，在自!线中心部分有一凹陷，称为兰姆凹陷，使用自动领牢控制系统以下简称稳频器)，将激光频率锁到兰姆凹陷中心附近，从而得到频率(或波长)稳定的激咒输出.通常作为标准波长用于最f(传递和氏度的干涉测量.P f 阁1激光功率随频率的变化曲线一一兰姆凹陷线形稳频管的阴极，可分为同轴式和l开轴式两种，其谐振腔可分为外舵、罔定式半内腔和可调式半内腔三种，稳频器主要由光电接收、放大器、才;1敏俭波器、振荡器、积分共8页第2页JJG 353一啕94和压电陶自驱动器组成.Jt工作原理是利

4、用兰姆凹陷线形作鉴频器，兰姆凹陷的中心频率作参考频率，当激光频率偏离参考频率时，通过光电接收器和鉴频器检测给出误差信号，该信号在稳频器中经放大积分等过程后通过压电陶甏驱动器控制激光谐振腔的长度，从而使激光频率保持在参考频率附近.兰姆凹陷稳频激光的一些主要参数，如频率稳定度、激光波长J锁定时间和稳频控制范围等均与所用的激光稳频器有关，因比在检定这些项目时应使用所用的激光稳频器.= 检定项目和检定条件1 稳频管的检定项目、主要检定工具和检定类别列于下表中.-7一豆币面E一5 兰姆凹陷不对称性主要检定工具 激光电Jjj:咆Mt稳定度优于0.5%激光电源:电流稳定皮优于0.5%1雪崩光电二极管、!J!

5、.带放大器、频i苦分析仪或共然球丽扫描干涉仪激光电源z电流稳定度优于0.5%1雪崩光电二极管、宽带放大器、频i兰分衍仪或共焦球面扫J椅子也1;仪检定类别新制造1使用中十铃I + + + + I 一拎伶+ + 十I+ 一厂|一输出功率!丁丽古t电流稳定度优刊.5%1I + I + -一一一w._. I一一一激光功刷一一|一一一一|一一一7 I f频控制范围I + 一i一一二一二激光电源2电流稳定度优于0.5%，示脚|丁i 8 ! 锁定时间、: I 9 l 兰媲凹陷| 泌光电源:电流稳定度优刊.5%1| 中心彼伏I 0.63lnm国家彼伏基准相国家波长即lJi|一一一一一一一一|准，笃崩光电二极管

6、、频率计数器、宽10 I 频率裁定皮1 带放大器、频i曾分析仪二i-;一注:* 表中+表示应检定.本*表中_表示不应检窍，JJG 353-94 共8页第3页2 检寇稳频管时室内混度应在(20士2)c范围内.温度波动应小于0.5C，温度变化速率不超过0.5.cjh.稳频管放置在检定室内服皮平衡的时间应不少于4h. 3 对于可调谐振腔稳频管，允许调整激光谐振腔以得到最佳输山功率，但调腔后必须在检定室内点亮2h以上才能开始检定.-4 外观检查4.1要求三检定要求和检定方法4.1.1手持稳频管轻轻摇动，不应有稳频管各部件间的撞击声.4.1.2稳频管上应标明出厂编号(或产品号、制造日期反制造厂名或商标等

7、.4.2检定方法s手动试验和目力观察.5 放电颜色5.1要求E放电颜色呈橙红色，在阴极和阳极附近不应呈蓝或紫等杂气颜色.5.2检定方法z目力观察放电颜色-6模式61纵模6.1.1要求s激光管在最佳工作电流下运转.当激光频率位于兰姆|凹陷中心及两个极大点附近时，稳频管应处于单纵棋运转.6.1.2检定方法s采用图2所示的拍频测量装置，该装置包括响应频率1000MHz的雪崩光电二极管、带宽1000MHz的宽带放大器和频谱分析仪.在掘n普分析仪上观察激光输出的固定频耶噪声一般几兆赫菇).调节放也电流，使13谱分析仪上所观察到的朋定频率噪声电平与自噪声电平相等，此时的放电电流即为最佳工作电流，此后全部检

8、定均在此最佳工作电流下进行.削谐激光腔长，使激光频率在凹陷点和两个极大点附近扫tIi时P共8页第4页JJG 353.- 94 图2拍频测量方框图在频谱仪上不应出现两个或两个以上等幅值的拍频信号.6.2横模6.2.1要求ITEMo。模运转，不存在任何高阶横模.6.2.2检定方法s目力观察激光光斑.如稳频管具有高阶横模振荡，即为不合格.否则继续按下列两种方法之一检定.a.用共焦球面扫描干涉仪检寇.b.用图2所示拍频测量装置检定.当激光腔长调谐时，在频前分析仪上除观察到一个较强的拍频外，还附带一些较弱的拍频谐时，则表明存在高阶横模振荡.7 兰姆凹陷深度7.1要求z新制造的稳频管的兰姆凹陷深度应不小于

9、6%，对使用中的稳频管要求凹陷深度不小于4%.7.2检定方法E采用图3所示测量装置，点亮稳频管，待预热lh后，用稳频器将激光频率分别锁到兰姆凹陷点和两个极大值处，并用光电接收器、低漂移低噪声直流放大器和数字万用表记录各点的功率值，按式(1)计算得凹陷深度d:.Y-Pmi =ma喜一I!l_1._x 100% (1 ) r max 其中sJJG 353-94 共8页第55P_.V. +P Pmax =一旦气一旦旦(2) 式中PmaX Pm叫-一分别对应于输出功率线形中两个极大值点的输出功率zPm，n兰姆凹陷点的输出功率.因3兰姆凹陷深度和线形的不对称性的测量装置方框图8 兰姆凹陷线形的不对称tt

10、8.1要求z新i!JIJ造的稳频管兰姆凹陷线形的不对称性应不大于10%，对使用中的稳频管线形的不对称性应不大于12%.兰姆凹陷线形的不对称性G以百分比表示，即z|P血面缸-Pmax，1Pma -P血inf100%38.2检定方法z同7.2款.按公式(3)计算出不对称性ai.9 输出功率9.1要求9.1.1新制造的稳频管输出端的激光功率不低于0.4mW，对使用中的稳频管，输出功率不低于0.3mW . 9.1.2非输出端的输出功率应不低于5W.9.2检定方法s点亮稳频管，待预热1h后，用稳频器将激光频率锁到兰姆凹陷中心，然后用功率计直接测量.l O 稳频器搜索范围共8页第6页JJG 353- 94

11、 10.1要求z稳频器高压输出能使激光频率改变两个纵模间隔以上.10.2检定方法z点亮稳频臂，并接通稳:如i:*电源开关，预热1h后，连续调节稳频器的搜索电位器，以改变稳频器的高压输出，同时观察示波器上的波形，若示波器上能连续出现三个换棋点或三个凹陷点)，则表示稳频器的控制范围能达到两个纵模间隔以上.11 锁定时间11.1要求z要求激光频率能被连续锁定2h. 11.2检定方法z点亮稳频管，预热1h后，用稳频器将激光频率锁定到兰姆凹陷中心，记录锁定到失锁的时间.12 兰姆凹陷中心波长值及不确定度波长值指真空波长，下同).12.1要求z兰姆凹陷中心波长的不确定度应不大于1.5x 10- 8 12.

12、2检定方法z采用图3所示的拍频测量装置.其标准激光瑞成为国家波长基准和副基准的腆稳频0.633mHe-Ne激光器，11J童基准激光和被测激光间的频差，每次测量在频率计上取10个读数取平均，按式(4)计算波长值，共测10次，其平均值为兰姆凹陷中心的波长值.单次测量的3倍标准偏差为波长的不确定度.然后根据腆稳定激光的推荐波长值，按下式计算得到被测激光的波氏和波长的不确定度s儿=(儿+子A巾手言=(4) 式中%一一被测激光的真空波-1.:; ，1，$-腆稳定激光的推荐真空波长侣，脚标s可为h、人fJ c一一真空中的光速值，其值为:299792458 mjs; 一一为单次测璋的标准偏差1n-一测量次数

13、.通常，映吸收线h，i和Jj三个分量和兰姆凹陷中心频率相近，依次将腆榕频激光锁定于其中任何两个分髦，并测出对应的差额就可JJG 353-94 共8页第7页以得到.f的符号，如果腆稳频激光的频率位于高频端，则.f取正值，反之取负值.测量时数字频率计的取样时间取105.拍颇时应避免苓拍现象.腆吸收线h、i和:1j三个分量的真空波长值分别为z = 632 991 368.91 fm j = 632 991 398.22 fm j = 632 991 427.03 fm 它们之间的频差zf - f , = 21.939 MHz f j - fi = - 21.565 MHz 检定步骤如下=a.点亮稳频

14、管并进行稳1页，按图3调整光路，以得到最佳111频信号-k依次将映稳如!激光分别锁定于h、i和j三个分蛊上，在频谐分析仪上观察相应的拍频(或频率计上读数)，由此决定采用哪一个分量进行拍频，并确定差拍j的符号.C.经1h丑j热后，将腆稳频激光锁于所需之分盘上，重新锁定稳频管并测量拍频.在频率计上读数10次，取其平均值作为单次测量的结果，频率计取样时间为105.d.共测量10次，预热1h后连续测量5次，间隔2h后再连续测量5次.每次测量前稳频管均应重新锁定.C.根据10次测量结果，按式(4)求出被检激光榕的中心波长值及其不确定皮.13 频率稳定度13.1要求$对于10s的取样时间，频率稳定度应优于

15、3X 10-9 13.2检定方法z采用图2所示拍频装置，在测量中za.取样时间为105，取样对数N=40.b.在激光器预热1h后连续测量5次，间隔2h后再连续测量5次.C.以10次测量结果的平均值作为测得的激光频率稳定度，频率共8页第8页JJG 353- 94 稳王:度按式(5)计算=0= .1 1 .;.飞A，f21- b.f (2j_U , Nf2旬2(5) 式中一一用阿仑方差计算的相对频率稳定度，f一一激光频率z.f-. -测得的差频.四检定结果的处理14 经检定符合本规程要求的激光器发给检定证书.检定证书应注明下述参数z最佳工作电流、输出功率、兰姆凹陷中心真空波长值及其不确定皮、频率稳

16、定度.15 经检定有任何一项不符合规程要求或不提供所配用的稳频器，发给检定结果通知书，并应注明第14条各参数的检定结果及不合格项目.16 兰姆凹陷稳频激光器的检定周期可根据使用要求确定，对于要求准确度优于5x 10-a的场合，检定用JP!不得超过半年，否则检定周期不得越过1年.(京新登字024号中华人民共和国国家计量检定规程差凹陷撞员He-Ne激光画JJG 353-94 国家技术监督局颁布中国计量出版ti:出版北虫lb平E画.，.，中国计提出版社印刷广印刷新华书店北京发行所发行-if-开850)( 1168/32 印张0.375字数7千字1994年12月第1版1994年12月第1衣印刷印数1-1200统-15号155026785价2.元