計(jì)量基準(zhǔn)簡介——633nm波長基準(zhǔn)裝置

人們知道，長度單位米是基本單位之一。關(guān)于長度單位米，歷史上曾先后有過3次不同的定義。1889年，在第一屆國際計(jì)量大會(huì)上通過的米定義為：米的長度等于鉑銥合金國際米原器兩端中間刻線間的距離。
這樣的米定義，復(fù)現(xiàn)量值的不確定度只能保持在1.1x10^-7。
邁克爾遜干涉儀的發(fā)明，導(dǎo)致米定義從機(jī)械長度標(biāo)準(zhǔn)向光學(xué)長度標(biāo)準(zhǔn)的過渡。
世界上第一臺(tái)激光器出現(xiàn)同樣是基于能級(jí)躍遷的原理所產(chǎn)生的輻射光源，因其突出的優(yōu)點(diǎn)，立即引起了人們極大的興趣。1983年第十七屆國際計(jì)量大會(huì)作了最新的一次修改，將米定義為：米是光在真空中在1/299792458秒時(shí)間間隔內(nèi)所傳播的程長。
由于頻率（或波長）穩(wěn)定的激光光源其頻率（或波長）具有極高的穩(wěn)定度和復(fù)現(xiàn)性，完全能夠滿足復(fù)現(xiàn)米定義的要求，因此，在現(xiàn)行米定義的復(fù)現(xiàn)過程中，作為波長基準(zhǔn)裝置的穩(wěn)頻激光系統(tǒng)扮演了十分重要的角色。目前，在世界范圍內(nèi)，現(xiàn)行有效的激光波長基準(zhǔn)共有12個(gè)。其中，127I2飽和吸收穩(wěn)頻633nm激光波長標(biāo)準(zhǔn)是我國和國際上目前最重要的也是使用頻度最高的波長標(biāo)準(zhǔn)。

描述：長度單位米是SI單位制中7個(gè)基本單位之一。目前我國現(xiàn)行有效的633nm國家長度基準(zhǔn)和副基準(zhǔn)裝置共有3套，其中基準(zhǔn)裝置保存在中國計(jì)量科學(xué)研究院，2套副基準(zhǔn)裝置分別保存在中國測試技術(shù)研究院和中航第一集團(tuán)總公司第304所，3套裝置在各自不同的領(lǐng)域和地域分別履行長度量值溯源的職責(zé)。




新的碘穩(wěn)頻激光系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上主要由激光器和頻率伺服系統(tǒng)兩部分組成。實(shí)驗(yàn)室自行研制組成激光器的增益管和碘室。

據(jù)碘穩(wěn)頻633nm He－Ne激光器的工作特性而設(shè)計(jì)的伺服系統(tǒng)中的數(shù)字邏輯電路和相關(guān)的模擬電路，它所提供的激光工作狀態(tài)的自動(dòng)搜索和碘吸收峰的主動(dòng)識(shí)別的特殊功能，使基準(zhǔn)裝置一改沿用了近20年的傳統(tǒng)操作模式，對(duì)激光器的工作狀態(tài)不需要人為的判斷，避免了復(fù)雜的操作程序。

我國計(jì)量科研人員還自主研發(fā)了基準(zhǔn)中的重要器件。目前，有關(guān)He－Ne激光穩(wěn)頻系統(tǒng)中涉及到的所有技術(shù)關(guān)鍵都能在我國計(jì)量院的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)得到解決，碘穩(wěn)頻激光系統(tǒng)整機(jī)和系統(tǒng)中的一些重要器件，比如He－Ne激光增益管、碘分子吸收室等，還提供給了德國、西班牙、日本和朝鮮等國家。系統(tǒng)建立后所開展的激光波長校準(zhǔn)的服務(wù)范圍不僅擴(kuò)展到港澳臺(tái)地區(qū)，還擴(kuò)展到越南、朝鮮、泰國等周邊國家。

測量原理和測量方法
當(dāng)參考激光和被測激光的頻率相近、兩束光波前重合，且彼此間光的振動(dòng)方向不完全垂直時(shí)，即形成拍。對(duì)兩束光的頻率差進(jìn)行的測量，得到的頻率值即是拍頻值。其中，三次比對(duì)實(shí)驗(yàn)中的參考激光分別為D1和C4，輻射激光的頻率值由國際比對(duì)確定，由此可以得到被測激光的頻率值。

測量實(shí)驗(yàn)的原理和裝置如圖1所示。激光波長拍頻測量系統(tǒng)主要由相應(yīng)的光學(xué)元器件、寬帶前置光電放大器、頻率計(jì)數(shù)器、頻譜分析儀以及計(jì)算機(jī)軟硬件等組成。其頻率響應(yīng)范圍：0.1 MHz＜ f ＜ 1.5 GHz，能夠完成激光頻率的阿倫方差和對(duì)應(yīng)真空波長的測量等功能。

文獻(xiàn)：
1.633nm激光波長基準(zhǔn)／副基準(zhǔn)比對(duì)   633nm激光波長基準(zhǔn)／副基準(zhǔn)比對(duì).pdf (194.15 KB, 下載次數(shù): 382)

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作者：錢進(jìn)[1] 劉秀英[1] 黃曉榮[2] 張志權(quán)[3] 石春英[1] 譚慧萍[1] 辛鳴[2] 王捍平[1] 蔡山[1] 劉忠有[1] 張小平[1]
[1]中國計(jì)量科學(xué)研究院,北京100013 [2]中國測試技術(shù)研究院,四川成都610021 [3]長城計(jì)量測試技術(shù)研究所,北京100095
摘　要:對(duì)中國計(jì)量科學(xué)研究院、中國計(jì)量測試技術(shù)研究院和長城計(jì)量測試技術(shù)研究所的633nm^127I2飽和吸收穩(wěn)定激光波長基準(zhǔn)、副基準(zhǔn)進(jìn)行了比對(duì)，這是首次進(jìn)行的國內(nèi)長度基準(zhǔn)的比對(duì)。比對(duì)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容包括頻率穩(wěn)定度測量、頻差測量和相關(guān)的位移參數(shù)測量等。給出了以國際計(jì)量局BIPM C1為參考的比對(duì)結(jié)果。[著者文摘]

2.633nm碘穩(wěn)定激光器作為長度基（標(biāo)）準(zhǔn)的比對(duì)測量 633nm碘穩(wěn)定激光器作為長度基（標(biāo)）準(zhǔn)的比對(duì)測量.pdf (133.88 KB, 下載次數(shù): 361)

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作者：沈乃澄[1] 張志權(quán)[2][1]計(jì)量測試高技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京100013 [2]中國航空長城計(jì)量測試技術(shù)研究所，北京100095
摘　要:簡述作為長度基（標(biāo)）準(zhǔn)用的633nm碘穩(wěn)定激光器的技術(shù)指標(biāo)以及它的測量方法，文中以作者所進(jìn)行的國際和國內(nèi)比對(duì)中的測量結(jié)果為例，給出了這類激光器可以復(fù)現(xiàn)的頻率或波長不確定度。

3.633nm激光波長標(biāo)準(zhǔn)裝置 633nm激光波長標(biāo)準(zhǔn)裝置.pdf (244.83 KB, 下載次數(shù): 375)

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作者：宋金城[1] 郝昕宇[2] 楊墨[3][1]北京航天計(jì)量測試技術(shù)研究所,北京100076 [2]首都航天機(jī)械公司,北京100076 [3]北華航天工業(yè)學(xué)院,廊坊065000
摘　要:介紹了幾種常見的激光穩(wěn)頻技術(shù),分析了基于飽和蒸汽壓的碘穩(wěn)定633nm He-Ne激光系統(tǒng)。激光器的腔長為260 mm,輸出功率為0.8 mW,激光調(diào)諧范圍能夠覆蓋從a到n的14個(gè)吸收峰。通過實(shí)驗(yàn),其頻率的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度優(yōu)于2.5×10-11,1 000 s的頻率穩(wěn)定度優(yōu)于6×10-12。[著者文摘]