利用Doppler展宽的Zeeman光谱实现钛宝石激光器的稳频.pdfVIP

维普资讯 第 22卷 第 2期 量 子 电 子 学 报 V ．22NO．2 2005年 4月 CHINESEJOURNALOFQUANTUM ELECTRONICS Apr．2005 文章编号： 1007—5461(2005)02—0177—04 利用 Doppler展宽的 Zeeman光谱 实现钛宝石激光器的稳频 江开军， 李 可， 王 谨， 詹明生 (中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子国家重点实验室， 湖北 武汉 430071) 摘 要 ：实现了一种可靠而又简单的用 Doppler展宽的 Zeeman光谱对连续单纵模钛宝石激光器进行稳频 的方法。这种方法所需激光输出功率小于 lmW，激光器频率的长期稳定度小于 lMHz／h，且不受激光输出功 率起伏的影响，频率锁定点可以在多谱勒展宽范围里随意调节。 关 键 词 ： 激光技术； Zeeman光谱；饱和吸收光谱；激光线宽 中图分 类 号 ：TN253 文献 标 识 码 ：A 1 引 言 自从磁光阱 (MOT)在 1985年实现 [引，特别是 1995年 BEC的实现 [。]以来，冷原子一直是原子 物理的研究热点。在冷原子的实验中，对激光的频率稳定度要求比较高，不仅要求激光线宽窄，而且要求 激光频率的短期抖动和长期漂移都远小于原子的 自发辐射的宽度 (典型值为几MHz)。冷原子的实验要求 连续运转的单频可调谐激光器，半导体激光器和钛宝石激光器是常用的选择。国内外不同小组分别用饱和 吸收光谱 [7~10]和 Zeeman光谱 … 对半导体激光器进行稳频。但半导体激光器功率较小，一般只有几十毫 瓦到上百毫瓦，且不加稳频前的激光线宽是 10MHz。当越来越多的小组利用双磁光阱结构来做 BEC实 验后，对激光器的功率有比较高的要求。 钛宝石激光器不仅功率高 (可以到达 1w 的量级)，而且可调波长范围大，激光器线宽窄 (如 Coherent 公司CR一899—21激光器线宽可达 500kHz，MBR一110可窄至 100kHz)，钛宝石激光器成为冷原子物理研究 的很好选择。但是带有参考腔的 899环型腔钛宝石激光器一方面功率波动较大，另一方面，频率长期稳定 度较差 (100MHz／h)。国内王育竹小组利用计算机采样 一输出对钛宝石激光器进行稳频 ㈦ ，但这种方法装 置较复杂。我们最近用 Doppler展宽的Zeeman光谱对钛宝石激光器进行稳频，在常温 Rb气室外面加上磁 场，利用右旋圆偏振光 (+)和左旋圆偏振光 (一)激发原子的跃迁选择定则的不同，得到两路信号的差分 信号来对激光器进行稳频。所需激光功率小于 lmW，稳频装置简单，并且频率长期稳定度优于 lMHz／h， 频率稳定度不受功率波动影响。 2 实验装置与实验原理 如图l，钛宝石激光器输出的光经过一起偏器 P产生线偏振光，再通过一个加有均匀磁场的Rb蒸汽 泡，线偏振光可以分解成右旋圆偏振光 (+)和左旋圆偏振光 (盯一)叠加的形式，Rb泡后面的 A／4波片 基金项目：本工作得到国家 自然科学基金 10074072)的资助 收稿 日期 修改日期 ：200403—22 E-real|：kjjiang⑧wIpm．ac．cil 维普资讯 178 量 子 电 子 学 报 22卷 将右、左旋圆偏振光转化成水平方向偏振和竖直方向偏振的线偏振光，经过极化分束片 (PBS)后由两个 光电探测器分别探测到右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的吸收谱，这两路信号经过差分放大器后的误差信号 反馈到钛宝石激光器的外部扫描电压上，从而实现对钛宝石激光器的稳频。Rb蒸汽泡外面的磁场由一对 20(