计量基准简介——633nm波长基准装置

人们知道，长度单位米是基本单位之一。关于长度单位米，历史上曾先后有过3次不同的定义。1889年，在第一届国际计量大会上通过的米定义为：米的长度等于铂铱合金国际米原器两端中间刻线间的距离。
这样的米定义，复现量值的不确定度只能保持在1.1x10^-7。
迈克尔逊干涉仪的发明，导致米定义从机械长度标准向光学长度标准的过渡。
世界上第一台激光器出现同样是基于能级跃迁的原理所产生的辐射光源，因其突出的优点，立即引起了人们极大的兴趣。1983年第十七届国际计量大会作了最新的一次修改，将米定义为：米是光在真空中在1/299792458秒时间间隔内所传播的程长。
由于频率（或波长）稳定的激光光源其频率（或波长）具有极高的稳定度和复现性，完全能够满足复现米定义的要求，因此，在现行米定义的复现过程中，作为波长基准装置的稳频激光系统扮演了十分重要的角色。目前，在世界范围内，现行有效的激光波长基准共有12个。其中，127I2饱和吸收稳频633nm激光波长标准是我国和国际上目前最重要的也是使用频度最高的波长标准。

描述：长度单位米是SI单位制中7个基本单位之一。目前我国现行有效的633nm国家长度基准和副基准装置共有3套，其中基准装置保存在中国计量科学研究院，2套副基准装置分别保存在中国测试技术研究院和中航第一集团总公司第304所，3套装置在各自不同的领域和地域分别履行长度量值溯源的职责。




新的碘稳频激光系统在结构上主要由激光器和频率伺服系统两部分组成。实验室自行研制组成激光器的增益管和碘室。

据碘稳频633nm He－Ne激光器的工作特性而设计的伺服系统中的数字逻辑电路和相关的模拟电路，它所提供的激光工作状态的自动搜索和碘吸收峰的主动识别的特殊功能，使基准装置一改沿用了近20年的传统操作模式，对激光器的工作状态不需要人为的判断，避免了复杂的操作程序。

我国计量科研人员还自主研发了基准中的重要器件。目前，有关He－Ne激光稳频系统中涉及到的所有技术关键都能在我国计量院的实验室内得到解决，碘稳频激光系统整机和系统中的一些重要器件，比如He－Ne激光增益管、碘分子吸收室等，还提供给了德国、西班牙、日本和朝鲜等国家。系统建立后所开展的激光波长校准的服务范围不仅扩展到港澳台地区，还扩展到越南、朝鲜、泰国等周边国家。

测量原理和测量方法
当参考激光和被测激光的频率相近、两束光波前重合，且彼此间光的振动方向不完全垂直时，即形成拍。对两束光的频率差进行的测量，得到的频率值即是拍频值。其中，三次比对实验中的参考激光分别为D1和C4，辐射激光的频率值由国际比对确定，由此可以得到被测激光的频率值。

测量实验的原理和装置如图1所示。激光波长拍频测量系统主要由相应的光学元器件、宽带前置光电放大器、频率计数器、频谱分析仪以及计算机软硬件等组成。其频率响应范围：0.1 MHz＜ f ＜ 1.5 GHz，能够完成激光频率的阿伦方差和对应真空波长的测量等功能。

文献：
1.633nm激光波长基准／副基准比对   633nm激光波长基准／副基准比对.pdf (194.15 KB, 下载次数: 344)

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作者：钱进[1] 刘秀英[1] 黄晓荣[2] 张志权[3] 石春英[1] 谭慧萍[1] 辛鸣[2] 王捍平[1] 蔡山[1] 刘忠有[1] 张小平[1]
[1]中国计量科学研究院,北京100013 [2]中国测试技术研究院,四川成都610021 [3]长城计量测试技术研究所,北京100095
摘　要:对中国计量科学研究院、中国计量测试技术研究院和长城计量测试技术研究所的633nm^127I2饱和吸收稳定激光波长基准、副基准进行了比对，这是首次进行的国内长度基准的比对。比对实验的内容包括频率稳定度测量、频差测量和相关的位移参数测量等。给出了以国际计量局BIPM C1为参考的比对结果。[著者文摘]

2.633nm碘稳定激光器作为长度基（标）准的比对测量 633nm碘稳定激光器作为长度基（标）准的比对测量.pdf (133.88 KB, 下载次数: 335)

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作者：沈乃澄[1] 张志权[2][1]计量测试高技术联合实验室，北京100013 [2]中国航空长城计量测试技术研究所，北京100095
摘　要:简述作为长度基（标）准用的633nm碘稳定激光器的技术指标以及它的测量方法，文中以作者所进行的国际和国内比对中的测量结果为例，给出了这类激光器可以复现的频率或波长不确定度。

3.633nm激光波长标准装置 633nm激光波长标准装置.pdf (244.83 KB, 下载次数: 341)

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作者：宋金城[1] 郝昕宇[2] 杨墨[3][1]北京航天计量测试技术研究所,北京100076 [2]首都航天机械公司,北京100076 [3]北华航天工业学院,廊坊065000
摘　要:介绍了几种常见的激光稳频技术,分析了基于饱和蒸汽压的碘稳定633nm He-Ne激光系统。激光器的腔长为260 mm,输出功率为0.8 mW,激光调谐范围能够覆盖从a到n的14个吸收峰。通过实验,其频率的相对标准不确定度优于2.5×10-11,1 000 s的频率稳定度优于6×10-12。[著者文摘]