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1、采用萨尼亚克环的外腔半导体激光器无调制稳频技术年月第卷第期红外与激光工程采用萨尼亚克环的外腔半导体激光器无调制稳频技术魏芳,孙延光,陈迪俊,方祖捷,蔡海文,瞿荣辉中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室,上海摘要:提出了一种基于相位差偏置萨尼亚克环的新型外腔半导体激光无调制稳频方法,采用偏振分束器作为萨尼亚克环的输入及输出端,并利用/波片在环内沿相反方向传播的偏振方向互相垂直的两束光之间引入/的相位差△,萨尼亚克环的输出光经过起偏器可以分解得到由的饱和吸收峰引起的色散相移,通过这种方法可以得到适合稳频的误差信号。相比现有的利用全内反射引入相位差△.的方
2、法,色散信号放大系数△的值可达到理论最大值,有效地提高了误差信号的强度,这种方法简单、稳健,且在原子物理实验等方面具有潜在应用。关键词:激光稳频;外腔半导体激光器;原子分子物理学;萨尼亚克环中图分类号:.文献标志码:文章编号:?一?切订佻,,,,,趟?,曲,曲,:.锄删艳/锄,印.舭,玎.山,锄№,量,.琵廿?撕△.△.,锄.,,:切;;;收稿日期:一一;修订日期:一一基金项目:国家自然科学基金、、;上海市科委重点基础项目作者简介:魏芳一,女,博士生,主要从事可调谐外腔半导体激光器及其稳频技术方面的研究。:胁咖..导师简介:瞿荣辉一,男,研究员,博士,主要从事半导体激光器、光纤传感
3、等方面的研究。:..万方数据红外与激光工程第卷率恰好位于原子的精细能级跃迁频率上,那么低能引言级上的原子就会被激发并跃迁到高能级上去,这样当功率较小的探测光从相反的方向经过这部分原子具有高频率稳定性的外腔半导体激光器由于其时,在原子的精细能级跃迁频率处会出现饱和吸收具有窄线宽、大调谐范围及灵活的波长选择性等优现象,吸收系数减小,使得探测光的吸收光谱在多普点,在高分辨率光谱、激光冷却、原子钟、高精度测量勒吸收峰的背景上叠加了一些窄线宽的饱和吸收等领域具有较为广泛的应用。通常情况下,外腔半导峰。在原子的饱和吸收峰处,由克喇末一克朗尼格体激光器自由运转过程中较易受到外界环境的影响关系可知
4、,折射率会随着频率发生而不能满足以上应用中对激光器频率稳定性的严格变化,并且折射率变化的色散曲线形状与误差信号要求,故需要通过外部反馈控制将激光器的频率稳的形状相似】。图为关于中心频率‰处吸收率定在原子或分子的吸收线上。传统的稳频方法是对。的相对饱和吸收系数,图为折射率变化曲线。激光器的频率进行调制,通过锁相放大技术将原子可以看出,在饱和吸收峰的中心频率】处,折射率或分子的吸收峰附近产生的高次谐波信号提取出来与单独多普勒吸收时相同且色散最大,而在‰的两从而获得用于稳频的误差信号吨】。但调制稳频的方侧成正负对称的变化,所以得到饱和吸收峰附近的法需要通过调制激光器的驱动电流或利用外部声
5、光色散曲线就得到了稳频所需要的误差信号。调制器来实现对激光的频率调制,这样会引起激光口/线宽的展宽并且调制的速度受到成本的限制,所以能够克服上述缺点的无调制稳频技术成为近年来的发展趋势‘川。.现有的无调制稳频技术主要有以下几种。?法:利用外加磁场产生效应,使得不同方向的圆偏振光在吸收峰处发生频移从而产生类色散信号,这类方法对外加磁场的稳定性有一定的要求畸刊;偏振光谱法:利用单一方向的圆偏振光对原子进行泵浦,使得不同方向的圆偏振光在饱和吸收峰附近由于吸收系数不同而发生双折射现象,通过偏振探测的方法得到原子的偏振光谱一叫;干涉法:泵浦光及探测光的吸收光谱在饱和吸收峰附近的差异导图吸收峰
6、附近吸收系数及色散的关系饱和吸收峰的中心频率为‰致两束光之间存在折射率差异,利用干涉仪曲.毋将由折射率差异导致的相位差解调出来.¨。其中咖铀基于干涉仪的无调制稳频方法两束干涉光通过方向相反但路径相同的方式传播并发生干涉,由上述分析可知,当光束通过原子吸收池时饱两束光的相位差不会受到外界环境的干扰,所以误和吸收峰附近的色散会引起光程的变化,利用差信号的背景噪声较低。文中提出了一种基于丌/干涉可以将这种变化解调出来。如果发生干相移环的无调制稳频方法,该方法光路调节涉的两束光光路并不完全重合而是存在盯/的光程简单,抗扰性好,并且可以得到大信噪比的误差信号,差,则干涉仪输出为。。模式的光斑
7、,饱通过该信号可以实现对外腔半导体激光器的稳频。和吸收峰附近的色散引起的光程变化则会导致干涉仪输出模式的改变,通过探测。。模式两光瓣光理论分析强的相对变化便可得到所需的误差信号,这种方法对调节精度的要求较高,当激光器出射的光斑较小当功率较高的泵浦光通过原子时,如果它的频万方数据第期魏芳等:采用萨尼亚克环的外腔半导体激光器无调制稳频技术时需要的辅助,且对探测器的位置较为敏感隅】。始状态时光场的振幅可表示为:另外,利用全内反射的偏振相关性在干涉仪玩一艮内插入/波片及全内反
