Construcción y caracterización de Exteriores Cavidad diodo láser de Física Atómica

El objetivo general de este procedimiento es demostrar el ensamblaje y la caracterización adecuados de los láseres de diodo de cavidad externa. Esto se logra encontrando primero la orientación adecuada de los elementos ópticos y logrando un desborde de retroalimentación. El segundo paso es configurar un sistema de absorción saturada para ajustar la frecuencia del láser.

A continuación, afina el láser en resonancia y obtén una señal de absorción libre de Doppler. El paso final es interferir el haz con el de un segundo láser sintonizado para medir el ancho de la línea. En última instancia, se construye un láser DDE de cavidad externa en los residentes con la transición atómica deseada y se mide su ancho de línea.

La demostración visual de este método es útil porque los pasos del procedimiento son difíciles de aprender. Este video comenzará con el montaje del láser de diodo de cavidad externa. Después de la selección de la lente de diodo láser, la rejilla y la electrónica usan una correa de conexión a tierra como precaución para evitar dañar el diodo a través de la descarga estática.

Aquí, el sistema mecánico, a excepción de la lente del diodo y la rejilla, está montado en un enfriador eléctrico térmico ensamblaje continuo del láser. Al colocar el diodo láser en su orificio de montaje y asegurarlo con su anillo de montaje, el anillo de montaje debe estar ajustado pero no del tipo DDE y las clavijas de tierra deben estar permanentemente conectadas a tierra. Monte la lente frente al diodo y monte el conjunto del tubo de la lente. Después de verificar las asignaciones de pines, conecte el diodo láser a un circuito de protección y al suministro de corriente.

Retire la correa de conexión a tierra y establezca las condiciones de funcionamiento adecuadas para el diodo y el enfriador termoeléctrico ajustando la temperatura y la corriente del diodo al valor sugerido. Para la longitud de onda de interés, encienda el controlador de temperatura y permita que la temperatura se estabilice. A continuación, tome las precauciones de seguridad adecuadas para trabajar con láseres, incluido el uso de gafas.

Encienda el diodo y coloque una tarjeta de visualización infrarroja frente a él. Aumente la corriente para que el haz de salida se observe claramente con la configuración del diodo y la lente. Preste atención a la clasificación de la difracción.

En primer lugar, compruebe la orientación de las líneas de explanación. El plano de difracción generalmente se etiqueta con una flecha que es perpendicular a las líneas de graduación y en la dirección de la reflexión brillante. Vuelva a verificar el etiquetado trabajando debajo de una bombilla y viendo la clasificación desde la dirección señalada por la flecha.

La luz reflejada por la fuente de banda ancha debe cambiar de color a medida que varía el ángulo. Prepárese para montar la nivelación orientándola en el brazo de sintonización del láser de diodo de cavidad externa para obtener la máxima potencia de retroalimentación. Asegúrese de que la flecha apunte hacia atrás hacia el dde.

A continuación, utilice un pegamento de fraguado rápido para montar la clasificación. Ahora prepárese para cotejar el haz con una lente de intercalación asférica. Monte la lente frente al diodo.

La distancia entre el diodo y la lente se puede ajustar. Una vez montada la lente, use la tarjeta de haz para verificar que el diámetro del haz sea constante durante al menos tres metros. Ajuste la separación de la lente del diodo si es necesario.

A continuación, coloque un polarizador giratorio en la trayectoria del haz para comprobar que la polarización está en el plano deseado para la graduación de la difracción. Esto completa la construcción del láser de diodo de cavidad externa. Inicie la alineación colocando una tarjeta de visualización en el rayo láser de diodo de cavidad externa.

Lo siguiente para el diodo. En este experimento, ajuste la corriente establecida en la caja de control del diodo justo por debajo del umbral. Luego comience a trabajar con los tornillos de ajuste del sistema.

Utilice los tornillos para alterar el ángulo del brazo de clasificación hasta que se logre una cavidad de retroalimentación externa. A medida que se realizan los ajustes, observe la tarjeta de visualización. Un signo de una cavidad de retroalimentación es un aumento en el brillo o un destello en la tarjeta de visualización.

El siguiente paso es evitar la inestabilidad en el láser a través de la retrorreflexión. Para ello, añada un aislador óptico inmediatamente después del láser. Ahora, para ayudar con el ajuste de la frecuencia del láser, prepárese para realizar una medición de curso de la longitud de onda absoluta con una precisión de menos de un nanómetro.

Para hacer esto, use una placa de media onda y un divisor de haz polarizador para tomar un haz secundario del haz principal e ingresarlo en un medidor de onda. Ajuste el láser de diodo de cavidad externa hasta obtener la longitud de onda de salida deseada de aproximadamente 780 nanómetros para este diodo de rubidio. Ahora prepare el sistema para la absorción saturada.

La espectroscopia dirige parte del rayo láser a través de un divisor de haz polarizado y una placa de cuarto de onda. Después de la placa de cuarto de onda, coloque una celda de vapor de referencia rodeada por un solenoide. Siga el solenoide con un espejo, la luz reflejada por el espejo es dirigida por el divisor de haz a un fotodetector.

Conecte el fotodetector a un osciloscopio. Utilice el controlador DDE para escanear la longitud de onda hasta que se pueda ver una señal de absorción. Para una célula de rubidio en la transición de 780 nanómetros, hay una señal de absorción ampliada por Doppler de ancho, de unos cinco gigahercios, con varias transiciones bruscas de 10 megahercios también presentes.

Además, cuando el láser escanea sobre la transición atómica de rubidio de 780 nanómetros, el rayo láser debe ser visible en la celda de vapor para crear una señal de error de bloqueo. Utilice un generador de funciones para modular el campo magnético del solenoide a unos 250 kilohercios con una magnitud de un gas. Mezcle la señal de la salida del fotodetector de absorción con la señal de modulación del generador de funciones para obtener una señal de error en el osciloscopio.

De manera similar a esto aquí, cada transición hiperfina F dos F prime se etiqueta. Controle la magnitud de la señal de error ajustando la fase relativa con la placa de cuarto de onda antes de la celda de vapor En este punto, centre el escaneo sobre la transición de interés. A continuación, reduzca progresivamente el rango de escaneo hasta que no haya otras transiciones presentes.

Emplee un circuito derivado integral proporcional para bloquear la longitud de onda del láser utilizando la señal de error. Para realizar una medición precisa del ancho de línea, utilice dos láseres de diodo de cavidad externa. Cada láser debe seguir el esquema que se muestra aquí.

Dirija el haz de cada láser agregando una placa de media onda y un divisor de haz polarizador. Después del curso, el aparato de medición de longitud de onda comienza bloqueando los dos láseres a diferentes transiciones hiperfinas separadas por unos 100 megahercios y haciendo coincidir sus modos, potencia y polarización. Una vez hecho esto, use un divisor de haz no polar 50 50 para hacer que los dos haces interfieran.

Dirija el haz resultante a un fotodetector. Compruebe la señal de salida del fotodetector en un osciloscopio. La señal debe ser una onda sinusoidal con una frecuencia igual a la diferencia entre las frecuencias de los dos láseres.

Utilice un analizador de espectro para obtener la mejor resolución de las fluctuaciones de frecuencia. Como en este ejemplo, habrá un perfil de vacío centrado en la frecuencia de batido, que puede ser aproximado por un gaussiano. Aquí el ritmo tiene una frecuencia de unos 206,24 megahercios y alineada con de 0,3 megahercios.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo construir y caracterizar el láser de dial de cavidad externa común.