Yb：YAG固体激光器高分辨率频率标准.doc

在1030 nm的Yb：YAG固体激光器的高分辨率频率标准 叶军，马隆胜*和约翰·L·霍尔 联合天体物理实验室，标准与技术和科罗拉多大学博尔德分校研究所， 博尔德，科罗拉多州80309-0440 二极管泵浦固态的Yb：YAG激光器已经稳定到一个高精细度腔全外置伺服回路。超灵敏腔增强频率调制光谱已经恢复子多普勒乙炔泛音过渡具有高信号对噪声比，导致的吸收灵敏度在1-S的平均时间。这个高分辨率分子共振用作激光器的长期稳定的参考。该系统可以被开发成在1.03毫米的波长范围内具有高度紧凑和稳定的光学频率标准。?2000年美国光学学会[S0740-3224(00)03206-9] OCIS代码：140.3580, 140.0140, 300.6360, 300.6390, 300.6460, 350.4800. 二极管泵浦固体激光器被视为在许多不同的应用领域中最有前途的相干光源，包括通信， 遥感和检测，高分辨率光谱，并精确的测量。除了在，如能源效率，尺寸，寿命和固有噪声电平的领域表现优劣，新的固态激光系统覆盖不同的波长范围目前正在积极的发展。二极管泵浦的Yb：YAG激光器提供了一定的好处超过激光器，如那些Nd：YAG激光，在低的热负荷，长上态的寿命，没有激发态吸收和变频损失，一个宽吸收带在940纳米，它是在GaAs二极管激光射范围内。因而Yb：YAG激光对高功率和高效率的激光手术是更好的选择。（1）Yb：YAG还提供了一个支持飞秒脉冲产生一个宽的发射光谱。（2）在CW世界，1.03（1.05）毫米可调资源，当然是值得欢迎的光谱工作。然而，由于缺乏在该波长区域中的合适的参考文献在某些应用限制了激光，它的频率或波长的精确知识是必需的。在本文中我们的报告，首次就我们所知高分辨率（子多普勒分子振动倍频转换）1.03毫米左右的频率基准Yb：YAG激光。可调的Yb：YAG激光器3在我们的实验中使用的输出50毫瓦（单纵模）近1030 nm的二极管泵浦功率800毫瓦。激光波长可以被缓慢地只与它的谐振器的温度控制调节。因此，实现了激光器的频率稳定与合理的宽的带宽，外部的激光的频率和相位校正换能器是必要的。（4）声 - 光调制器（AOM）被就此采用。自由运行激光器的线宽是20千赫在低于0.1毫秒的测量时间的数量级。然而，通过使用天然的原子或分子的参考建立有效的长期稳频，这样快速激光线宽需要进一步减少，到一定程度该谐振信息可以收回一个增强的信号 - 噪声（S/N）比，并有效地用于抑制激光频率抖动和漂移。换句话说，当一个本地振荡器是更稳定，它可以再花其频率和相位的时间较长不必作出关于参照查询之前的自身演变。更长的询问期转化成两个谐振信号恢复过程（从而做出一个更精细的检查对于真正的线中心）和长期伺服回路，锁定激光频率上的共振较小的带宽。对于短期稳定激光器的目的，光腔被经常使用。（5）在我们以前的超灵敏的腔增强频率调制的研究（FM）光谱（6）我们结合长期和短期的稳定的运作成一个设备，与被提供给激光腔内分子过渡腔共振和信息同时。我们按照目前的工作使用同样的策略。在整个设置过程Yb：YAG激光频率稳定示于图。1，电光调制器1（EOM1）允许频率和相位的光场（相对于型腔），以在该载体被采样在空腔反射的光（光检测器1）的4 MHz.Phase相干解调频率揭示了伺服误差信号，它是用于将激光锁定到空腔模式。外部AOM可用于频率和强度稳定。由于激光谐振器的温度响应被限制在一个时间常数;1秒，我们需要对AOM的频率伺服增益基本上延伸到dc范围。（在更典型的情况下，激光谐振器将具有某种启用机械调谐能力，例如，由一个压电换能器（PZT），其安装在一个反射镜中。然后，我们会滚下AOM在低频率范围的增益，使得PZT是主要负责纠正激光器的任何缓慢，但会潜在的大频率的噪音。（7））为了避免过多的光束指向噪声，我们采用了双传送机制的AOM使从AOM衍射光束不具有对AOM的驱动频率指点方向的依赖。 图。1，频率稳定一个的Yb：YAG激光器通过使用光学谐振腔与腔内分子的吸收。关于腔的共振（分子）中，所谓的误差信号，该信息是由相位相干检测的回收 腔体反射（透射）光在4 MHz（318兆赫）。 PBS中，偏振光分束器;PD，光电探测器。 EOM，电光调制器。 该空腔具有一个自由光谱范围频318.34兆赫。腔场环下降时间（ 1 / e）为测得为75毫秒，从而导致空腔线宽4.3 kHz和75000一个技巧1.03毫米FWHM） 。空腔锁定信号被从外差而得直接反映了输入领域之间跳动镜和空腔存储字段的通过漏输入镜。因此，错误包含频率信息在时间尺度长于腔响应时间，但在较短的时间尺度相位信