Rb 原子饱和吸收稳频半导体激光器系统 - 光学.PDF

文章编号： （ ） !#$%$ !!$ !%!’(%!# ! 原子饱和吸收稳频半导体激光器系统! 张 靖 陶 桦 卫 栋 董雅宾 耿 涛 王军民 彭 墀 （山西大学光电研究所，量子光学与光量子器件国家重点实验室，太原!$!!!) ） 摘要： 用饱和吸收光谱法对半导体激光器进行稳频，通过对反馈回路的优化设计，得到具有高信噪比的饱和吸收 光谱微分误差信号，从而大大提高了半导体激光器的频率锁定灵敏度及长期稳定性，该系统可用于*+ 原子的激光 冷却与囚禁。 关键词： 半导体激光器；饱和吸收光谱；稳频；信噪比 中图分类号： 文献标识码： ,-./ 0. 1 ’ 引 言 器，粗调光栅反馈的角度最大可达( :3 的调谐范 围，调节光栅上压电陶瓷的电压可连续调谐约 $ 由于半导体激光器技术的迅猛发展和半导体激 HA8，调节激光二极管驱动电流可连续调谐 !! 光器本身性能的不断提高，使它在高分辨光谱、激光 ，但如果同时调节压电陶瓷的电压（ ）和 IA8 J ! K 冷却与囚禁原子、新型量子频标等前沿科学研究方 ［，］ 激光二极管驱动电流可连续调谐’! HA8 而不跳模。 面有着广泛的用途 ’ 。在这些领域应用中首先要 激光输出首先经过光隔离器（ VFW4XN IQN6 V%/!,% 求半导体激光器窄线宽输出，因此需要外部光学反 #Y）防止光反馈影响激光器的模式。输出激光经分 馈技术来压窄激光线宽，例如采用光栅外腔反馈方 法可将半导体激光器线宽压窄到’!! @A8量级上，另 束器分为四束光，光束S’ 输出大部分的光功率用于 原子的激光冷却与囚禁。光束 经由 波片 *+ S 外对激光频率的稳定性要求也很高，通常输出激光 . ! 的中心频率锁定在某个稳定度很高的参考频率上， 和偏振分束器及一对宽带低噪声探测器构成的平衡 例如原子的某条吸收线、法布里 珀罗腔，用以提高 零拍探测系统来测量激光的强度噪声，加减法器输 激光频率的稳定度。本文采用饱和吸收光谱技术将 出的光电流信号送入频谱分析仪（型号为AT//!Y ） 记录。光束 经腔长为 的法布里 珀罗共 光栅外腔反馈窄线宽输出的半导体激光器的频率锁 S$ !! 33 定到铷原子 ! 线上，通过对反馈回路中的电信号 进行优化处理，并将反馈信号同时加载到激光电流 和反馈光栅的压电陶瓷上，使半导体激光器的频率 锁定灵敏度及长期稳定性都得到很大的提高，该系 统将用于*+ 原子的激光冷却与囚禁。 实验装置 实验装置如图 所示。半导体激光器采用主振 ’ 荡器 功率放大式单频半导体激光器 ,1’!! （德国 ,B5CDE5?F），它在(/! :3 处最