計量基準簡介——633nm波長基準裝置

人們知道，長度單位米是基本單位之一。關于長度單位米，歷史上曾先后有過3次不同的定義。1889年，在第一屆國際計量大會上通過的米定義為：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，復現量值的不確定度只能保持在1.1x10^-7。
邁克爾遜干涉儀的發明，導致米定義從機械長度標準向光學長度標準的過渡。
世界上第一臺激光器出現同樣是基于能級躍遷的原理所產生的輻射光源，因其突出的優點，立即引起了人們極大的興趣。1983年第十七屆國際計量大會作了最新的一次修改，將米定義為：米是光在真空中在1/299792458秒時間間隔內所傳播的程長。
由于頻率（或波長）穩定的激光光源其頻率（或波長）具有極高的穩定度和復現性，完全能夠滿足復現米定義的要求，因此，在現行米定義的復現過程中，作為波長基準裝置的穩頻激光系統扮演了十分重要的角色。目前，在世界范圍內，現行有效的激光波長基準共有12個。其中，127I2飽和吸收穩頻633nm激光波長標準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準。

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




新的碘穩頻激光系統在結構上主要由激光器和頻率伺服系統兩部分組成。實驗室自行研制組成激光器的增益管和碘室。

據碘穩頻633nm He－Ne激光器的工作特性而設計的伺服系統中的數字邏輯電路和相關的模擬電路，它所提供的激光工作狀態的自動搜索和碘吸收峰的主動識別的特殊功能，使基準裝置一改沿用了近20年的傳統操作模式，對激光器的工作狀態不需要人為的判斷，避免了復雜的操作程序。

我國計量科研人員還自主研發了基準中的重要器件。目前，有關He－Ne激光穩頻系統中涉及到的所有技術關鍵都能在我國計量院的實驗室內得到解決，碘穩頻激光系統整機和系統中的一些重要器件，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。系統建立后所開展的激光波長校準的服務范圍不僅擴展到港澳臺地區，還擴展到越南、朝鮮、泰國等周邊國家。

測量原理和測量方法
當參考激光和被測激光的頻率相近、兩束光波前重合，且彼此間光的振動方向不完全垂直時，即形成拍。對兩束光的頻率差進行的測量，得到的頻率值即是拍頻值。其中，三次比對實驗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確定，由此可以得到被測激光的頻率值。

測量實驗的原理和裝置如圖1所示。激光波長拍頻測量系統主要由相應的光學元器件、寬帶前置光電放大器、頻率計數器、頻譜分析儀以及計算機軟硬件等組成。其頻率響應范圍：0.1 MHz＜ f ＜ 1.5 GHz，能夠完成激光頻率的阿倫方差和對應真空波長的測量等功能。

文獻：
1.633nm激光波長基準／副基準比對   633nm激光波長基準／副基準比對.pdf (194.15 KB, 下載次數: 558)

2013-7-18 09:48 上傳

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作者：錢進[1] 劉秀英[1] 黃曉榮[2] 張志權[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]中國計量科學研究院,北京100013 [2]中國測試技術研究院,四川成都610021 [3]長城計量測試技術研究所,北京100095
摘　要:對中國計量科學研究院、中國計量測試技術研究院和長城計量測試技術研究所的633nm^127I2飽和吸收穩定激光波長基準、副基準進行了比對，這是首次進行的國內長度基準的比對。比對實驗的內容包括頻率穩定度測量、頻差測量和相關的位移參數測量等。給出了以國際計量局BIPM C1為參考的比對結果。[著者文摘]

2.633nm碘穩定激光器作為長度基（標）準的比對測量 633nm碘穩定激光器作為長度基（標）準的比對測量.pdf (133.88 KB, 下載次數: 509)

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作者：沈乃澄[1] 張志權[2][1]計量測試高技術聯合實驗室，北京100013 [2]中國航空長城計量測試技術研究所，北京100095
摘　要:簡述作為長度基（標）準用的633nm碘穩定激光器的技術指標以及它的測量方法，文中以作者所進行的國際和國內比對中的測量結果為例，給出了這類激光器可以復現的頻率或波長不確定度。

3.633nm激光波長標準裝置 633nm激光波長標準裝置.pdf (244.83 KB, 下載次數: 538)

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作者：宋金城[1] 郝昕宇[2] 楊墨[3][1]北京航天計量測試技術研究所,北京100076 [2]首都航天機械公司,北京100076 [3]北華航天工業學院,廊坊065000
摘　要:介紹了幾種常見的激光穩頻技術,分析了基于飽和蒸汽壓的碘穩定633nm He-Ne激光系統。激光器的腔長為260 mm,輸出功率為0.8 mW,激光調諧范圍能夠覆蓋從a到n的14個吸收峰。通過實驗,其頻率的相對標準不確定度優于2.5×10-11,1 000 s的頻率穩定度優于6×10-12。[著者文摘]