利用偏振光谱对外腔式半导体激光器实现无调制锁频

将激光器输出频率相对于合适的参考频率标准进行锁定,可以有效地抑制激光器的频率起伏,提高激光器的频率稳定度。对铯原子偏振光谱进行平衡探测,当偏振光谱透射方向与偏振分束棱镜(PBS)偏振面之间的夹角选择合适时,平衡探测后的输出信号即为铯原子D2跃迁线的色散形鉴频信号。实验上实现了波长为852 nm的外腔式半导体激光器对应于铯原子6S1/2(F=4)→6P3/2(F′=5)超精细跃迁线的频率锁定。研究获得在50 s内激光器频率起伏小于±250 kHz,较相同时间内激光器自由运转时的频率起伏3 MHz有显著改善。这种频率锁定的方法不需要对激光器进行调制。     

应用于积分球冷原子钟的窄线宽激光稳频系统

通过调制转移光谱稳频的方式，将外腔半导体激光器频率锁定于⁸⁷Rb原子D₂线超精细跃迁5²S_1/2,F=2→5²P_3/2,F=3，使激光器线宽由自由运转的382.18 k Hz压窄至稳频后的37.94 k Hz。稳频后的窄线宽激光用于积分球冷原子钟的探测光，可以将激光频率噪声对原子钟短期稳定度的影响降低至5.6×10^-14τ^-1/2。     

铷87原子双光子跃迁光谱稳频特性研究

铷87的双光子光谱具有高信噪比、无多普勒展宽、窄线宽等特点。构建了基于⁸⁷Rb原子双光子跃迁的光学频率参考，分析测试了影响其短期稳定度的因素。利用778 nm外腔半导体激光器激发双光子跃迁产生420 nm荧光信号，通过荧光信号锁定激光器频率。探讨了谱线线宽、信噪比、功率、温度相关的谱线展宽、光频移、系统结构稳定性和调制宽度等对频移和稳定度的影响。采用螺栓锁紧结构固定光学元件，大幅改善了光学对准引起的稳频误差，通过直接调制激光器电流实现了秒级稳定度为1.5×10^-12、500 s稳定度为2.88×10^-13的光学频率参考。与其他基于饱和吸收的光学频率参考相比，构建的基于⁸⁷Rb原子双光子跃迁的光学频率参考的稳定度提高了10～100倍。光学对准对于提高荧光探测信噪比和优化长期稳定度具有重要意义。验证了内调制实现双光子光学频率参考的可行性，并提出了进一步优化短期稳定度和长期稳定度可采用的技术方案。     

1319nm和1338nm单谱线Nd:YAG连续激光器

YAG晶体中,Nd3+离子4F32-4I13m次跃迁产生1319m和1338nm激光,此两谱线跃迁截面接近,约为4F3z-4I11/2主跃迁截面的1/5,为了高效地获得所需次跃迁的单谱线激光,采用三色镜技术抑制了主跃迁和另一不要的次跃迁谱线.研制成以下次跃迁的单谱线激光:1)激光二极管(LD)抽运1319 nm或1338 nm TEM00模Nd:YAG连续激光器.输出功率为200 mW,光光转换效率为20%;2)氪灯抽运1319 nm TEM∞Nd:YAG连续激光器.输出功率为6 W,电光转换效率为0.12%;3)氪灯抽运高功率1319nm Nd:YAG多模连续激光器.输出功率为100 W,电光转换效率为1.67%;     

Nd3+∶Y0.5Gd0.5VO4晶体光谱特性

测量了 0 8at. %Nd3 + ∶Y0 .5Gd0 .5VO4的吸收光谱和荧光发射谱 ,光谱显示该晶体在 80 8 5nm有很强的偏振光吸收峰 ,且π偏振光 (E∥C)吸收远强于σ偏振光 (E ⊥C) 吸收 ,半高宽度分别为 4 5nm和 12nm ,吸收截面分别为 19 6 9× 10 -2 0 cm2 和 6 4 1× 10 -2 0 cm2 ;其荧光发射 (4F3 /2 → 4I11/2 跃迁 )峰值波长在 10 6 4nm ,半高宽度为 3 7nm ;4F3 /2 → 4I11/2 跃迁的荧光寿命为 110 μs;光谱特性表明Nd3 + ∶Y0 .5Gd0 .5VO4晶体是潜在的高效率激光晶体材料     

利用激光边带注入法实现光脉冲的减速和存储

基于激光边带注入法在铷原子蒸气中实现了电磁诱导透明、光脉冲的减速和存储.为实现对铷原子的相干操控,将主激光器的输出锁定在铷87原子D1线F=1→F'=2的跃迁谱线上,经6.8 GHz电光调制器(EOM)调制后,负一阶频率边带与D1线F=2→F'=2跃迁频率共振.将负一阶频率边带注入锁定从激光器,主激光器和从激光器输出的两束激光和铷原子的两基态超精细能级达到双光子共振,实现相干操控铷原子.将主激光器和从激光器输出的两束激光作为探测光和耦合光输入到铷泡中,通过操控两光束的波形和开关观察到电磁诱导透明、光脉冲的减速和存储.     

Rb蒸汽中5S1/2→5P3/2激光激发的速度选择粒子数密度和饱和效应

利用一步激发的饱和吸收光谱技术测量了激发态Rb(5P3/2)态的原子密度,在激光线宽远小于Doppler线宽条件下。在激光功率40μW至5mW的范围内,测量了吸收系数,得到了5P3/2态的速度选择布居数密度。通过Rb空心阴极灯发出的5D→5P3/2窄谱线的吸收测量,也可以测得5P3/2态的原子密度,二种测量方法所得结果符合得很好。约2%基态原子被单模半导体激光器激发到5P3/2态。     

晶体光谱特性

测量了0.8 at.-% Nd3+:Y0.5Gd0.5VO4的吸收光谱和荧光发射谱,光谱显示该晶体在808.5 nm有很强的偏振光吸收峰,且π偏振光(E∥C)吸收远强于σ偏振光(E⊥C)吸收,半高宽度分别为4.5 nm和12 nm,吸收截面分别为19.69×10-20 cm2和6.41×10-20 cm2;其荧光发射( 4F3/2→ 4I11/2跃迁)峰值波长在1064 nm,半高宽度为3.7 nm; 4F3/2→ 4I11/2跃迁的荧光寿命为110 μs;光谱特性表明Nd3+:Y0.5Gd0.5VO4晶体是潜在的高效率激光晶体材料.     

天然铷(Rb)原子气体的法拉第(Faraday)效应反常色散研究

法拉第(Faraday)效应反常色散是指在原子气体吸收线附近的色散及磁光法拉第效应,天然铷中含有72.2％的~(85)Rb和27.8％的~(87)Rb,当Rb原子处于磁场中时,每个超精细能级都将分裂成2F+1个Zeeman子能级,对D2线(780nm)而言,~(85)Rb和~(87)Rb共有48对左旋圆和右旋圆偏振跃迁。 当一束近共振的线偏振光平行于外加纵向磁场通过Rb气室时,由于反常色散其偏振面发生偏转。     

Cs-N2光学碰撞精细结构分支比的实验研究

光学薄的Cs蒸气和低密度的N2混合系统被激光激发,激光频率调至Cs共振跃迁的两翼,CsN2分子激发态解离到Cs(6P1/2)或Cs(6P3/2)态,测量了分支比I(D1)/I(D2),这里I(D1)和I(D2)分别为CsD1和D2线的谱线强度,由速率方程分析,得到了解离率之比和精细结构转移截面。用共振激发Cs(6P3/2)态,也得到了精细结构转移截面。对结果进行了讨论。     

Rb+(Ar,N2)混合蒸气中5P3/2能级有效辐射率的计算和测量

计算和测量了Rb (Ar,N2)混合蒸气中Rb(5P3/2)共振能级的有效辐射率。使用单模半导体激光器(抽运激光)将Rb原子激发至5P3/2态,另一调谐到5P3/2→7S1/2的单模激光束(检测激光)与抽运光束反平行通过样品池,并在池的径向平行移动,通过检测激光束的吸收测定了激发态原子密度及其空间分布。由于辐射陷获存在,有效辐射率为自然辐射率与透射因子(发射的光子在探测区域内没有被吸收的平均概率)的乘积。5P3/2原子密度及其空间分布结合5P3/2←5S1/2跃迁线的碰撞增宽计算了透射因子,从而得到了不同Ar或N2气压下,RbD2线的有效辐射率。对5P3/2-Ar系统,在不同气压下测得的D2线强度比值与有效辐射率计算值的比值相符。对于5P3/2-N2系统,研究了电子态向振动态的碰撞转移,得到了转移截面。     

通过激发转移和碰撞能量合并研究Rb 52P精细结构混合

利用单模半导体激光器激发Rb原子到5P3/2态,将Rb空心阴极灯发射的6D5/2→5P3/2的629.8 nm线作为吸收线.测量5P3/2态原子密度,由测得的激发态原子密度结合荧光强度比,得到能量合并过程Rb(5P3/2) Rb(5P3/2)→Rb(5D) Rb(5S)的碰撞截面为(5.0士1.9)×10-14cm2.利用荧光法测量了Rb52P精细结构碰撞转移截面.直接荧光是由5P3/2态发射的,敏化荧光是由精细结构碰撞转移和碰撞能量合并产生的.由相对荧光强度得到了转移截面σ(5P3/2→5P1/2)=(3.0土0.9)×10-15cm2.碰撞能量合并速率系数比精细结构混合率大一个数量级,与其它实验结果进行了比较.     

全固态复合内腔和频613nm连续波橙光激光器

报道了全固态连续波613nm橙光激光器,橙激光是分别由Nd:YAG和Nd:YVO4晶体的1444nm和1064nm谱线非线性和频产生的,两条谱线在各自晶体对应能级跃迁分别为4F3/2-4I13/2和4F3/2-4I11/2.实验中采用复合腔结构,利用KTP晶体Ⅱ类临界相位进行内腔和频,当注入到Nd:YAG和Nd:YVO4晶体的泵浦功率分别为20W和10W时,获得344mW的TEM00连续波613nm橙激光输出.4h功率稳定度优于±2.8%.     

基于Cr空心阴极放电的偏振光谱稳频技术

在Cr原子沉积研究中,为了实现Cr原子的激光冷却与汇聚,必须将激光频率锁定在52Cr的425.55 nm 7S3→7P04跃迁谱线上。鉴于Cr是高熔点金属,实验中设计并制造了一种通孔型的Cr-氦空心阴极放电装置,采用放电溅射的方式制备了Cr原子蒸气,并应用偏振光谱稳频技术实现了激光稳频。该技术简化了实验装置,提高了实验效率。在不需要任何调制器件和锁相放大器的条件下,实验得到了高信号背景比的色散型信号。该信号被用作误差信号,将一台倍频钛宝石激光器的频率锁定在52Cr的7S3→7P04跃迁谱线上。锁定时间大于1 h,激光的频率波动小于±295 kHz。实验表明,该技术适用于高熔点金属的稳频。     

调制转移光谱稳频的研究

532nm激光的碘吸收谱线的频率被国际计量委员会(CIPM)推荐用于频率计量标准．激光频率标准对长度和时间的计量是很重要的。碘分子在532nm附近有丰富的强吸收谱线．可以作为频率稳定的绝对参考谱线。使用532nm单块固体激光器，在375kHz新的调制频率下．利用调制转移技术，将激光频率调谐到^127I2的R(56)32—0跃迁的吸收谱线，并观察到该吸收谱线相应的15条超精细结构分量。通过展宽的调制谱线可以看出375kHz的调制频率得到比312kHz调制频率更高的鉴频敏感度．并在实验上成功地将激光频率稳定在碘的超精细吸收谱线的α10，分量上长达10h，估计稳定度在10^-13量级。准确的频率稳定性正在两台激光器上用拍频的方法进行测量。     

全固态复合内腔和频554.9nm连续波黄-绿光激光器

报道了全固态连续波554.9 nm黄-绿光激光器,黄-绿激光是分别由Nd∶YAG和Nd∶YVO4晶体的1342 nm和946 nm谱线非线性和频产生,两条谱线在各自晶体对应能级跃迁分别为4F3/2-4I11/2和4F3/2-4I9/2。实验中采用复合腔结构,利用KTP晶体II类临界相位进行内腔和频,当注入到Nd∶YAG和Nd∶YVO4晶体的泵浦功率分别为20 W和10 W时,获得1.1 W的TEM00连续波554.9 nm黄-绿激光输出。4h功率稳定度优于±2.8％。     

GdCOB:Eu~(3+)晶体的生长及其光谱性能研究

生长了新型激光晶体 Gd Ca4O( BO3) 3:Eu3+ (简称 Gd COB:Eu3+ ) ,测量了室温透过谱。确定了室温下 Eu3+ 在 Gd COB晶体中的能级结构。在 46 5 nm的 Ar3+ 离子激光泵浦下 ,测量了晶体 5 D0 → 7F1 ,2 跃迁和 5 D1 → 7F0 ,1 ,2 跃迁的荧光发射 ,揭示了晶体内部的多声子弛豫机制和能级跃迁途径     

采用射频频率调制光谱实现半导体激光器稳频

利用半导体激光器可直接对注入电流进行高速调制的特点，将20MHz射频(RF)信号直接加在半导体激光器的高频调制端口，射频信号的一部分经过相移器后，与雪崩光电探测器(APD)所探测的饱和吸收光谱信号进行混频，经低通滤波器后产生了类色散曲线；将半导体激光器的输出频率稳定在铯原子D2线的^6S1/2(F=4)→^6P2/2(F'=5)的超精细跃迁线上，实验所测的10s内典型的频率起伏小于1MHz；这种稳频技术不需锁相放大器，具有可避免低频段较高的强度噪声和较大的频率捕获范围的优点。     

激光二极管阵列抽运Nd∶YAG腔内双波长运转589nm和频激光器

报道了一种光纤耦合激光二极管阵列(LDA)抽运Nd∶YAG晶体、腔内Ⅰ类临界相位匹配LBO和频、连续波输出的全固态589 nm激光器的设计和实验结果。黄激光是由Nd∶YAG晶体的1064 nm和1319 nm谱线腔内和频产生的,其对应能级跃迁分别为4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2。实验采用三镜折叠腔结构,在808 nm的15 W抽运功率下,获得了最高功率为860 mW连续波TEM00的589 nm黄激光输出,光-光转换效率为5.7%,激光输出功率噪声低,光束质量因子M2<1.2,4 h功率稳定度优于±3.4%。实验结果表明采用三镜折叠腔进行腔内和频是获得589 nm黄激光的有效方法,并可以应用到Nd∶YAG晶体的其他谱线或具有多条谱线的其他激光增益介质,获得更多不同波长激光输出。     

激光二极管阵列抽运Nd:YAG腔内双波长运转589 nm和频激光器

报道了一种光纤耦合激光二极管阵列(LDA)抽运Nd:YAG晶体、腔内Ⅰ类临界相位匹配LBO和频、连续波输出的全固态589 nm激光器的设计和实验结果.黄激光是由Nd:YAG晶体的1064 nm和1319 nm谱线腔内和频产生的,其对应能级跃迁分别为4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2.实验采用三镜折叠腔结构,在808 nm的15 W抽运功率下,获得了最高功率为860 mW连续波TEM00的589 nm黄激光输出,光-光转换效率为5.7%,激光输出功率噪声低,光束质量因子M2＜1.2,4 h功率稳定度优于±3.4%.实验结果表明采用三镜折叠腔进行腔内和频是获得589 nm黄激光的有效方法,并可以应用到Nd:YAG晶体的其他谱线或具有多条谱线的其他激光增益介质,获得更多不同波长激光输出.