Construction et caractérisation des lasers externes cavité Diode de physique atomique

L’objectif global de cette procédure est de démontrer l’assemblage et la caractérisation corrects des lasers à diodes à cavité externe. Pour ce faire, il faut d’abord trouver la bonne orientation des éléments optiques et réaliser une latence par rétroaction. La deuxième étape consiste à mettre en place un système d’absorption saturée pour régler la fréquence laser.

Ensuite, réglez le laser sur la résonance et obtenez un signal d’absorption sans Doppler. La dernière étape consiste à interférer le faisceau avec celui d’un second laser accordé pour mesurer la largeur de la ligne. En fin de compte, un laser DDE à cavité externe sur les résidents avec la transition atomique souhaitée est construit et sa largeur de ligne est mesurée.

La démonstration visuelle de cette méthode est utile car les étapes procédurales sont difficiles à apprendre. Cette vidéo commencera par l’assemblage du laser à diode à cavité externe. Après la sélection de la lentille de la diode laser, le réseau et l’électronique portent une sangle de mise à la terre par précaution contre l’endommagement de la diode par décharge statique.

Ici, le système mécanique, à l’exception de la lentille de diode et du réseau, est monté sur un refroidisseur thermique électrique assemblage continu du laser En plaçant la diode laser dans son trou de montage et en la fixant à l’aide de sa bague de montage, la bague de montage doit être bien ajustée mais pas de type DDE et les broches de terre doivent être mises à la terre en permanence. Montez l’objectif devant la diode et montez l’ensemble du tube de l’objectif. Après avoir vérifié l’affectation des broches, connectez la diode laser à un circuit de protection et à l’alimentation en courant.

Retirez la sangle de mise à la terre et réglez les conditions de fonctionnement appropriées pour la diode et le refroidisseur thermoélectrique en réglant la température et le courant de la diode sur la valeur suggérée. Pour la longueur d’onde qui vous intéresse, allumez le régulateur de température et laissez la température se stabiliser. Ensuite, prenez les précautions de sécurité appropriées pour travailler avec des lasers, y compris l’utilisation de lunettes de protection.

Allumez la diode et placez une carte de visualisation infrarouge devant elle. Augmentez le courant de sorte que le faisceau de sortie soit clairement observé avec la diode et la lentille configurées. Portez votre attention sur la gradation de la diffraction.

Tout d’abord, vérifiez l’orientation des lignes de classement. Le plan de diffraction est généralement étiqueté par une flèche perpendiculaire aux lignes de gradation et dans la direction de la réflexion flamboyante. Vérifiez l’étiquetage en travaillant sous une ampoule et en regardant le classement dans la direction indiquée par la flèche.

La lumière réfléchie par la source large bande doit changer de couleur à mesure que l’angle varie. Préparez-vous à monter l’étalonnage en l’orientant sur le bras de réglage du laser à diode à cavité externe pour une puissance de retour maximale. Assurez-vous que la flèche pointe vers le dde.

Utilisez ensuite une colle à prise rapide pour monter le nivellement. Préparez-vous maintenant à assembler le faisceau avec une lentille d’assemblage asphérique. Montez l’objectif devant la diode.

La distance entre la diode et l’objectif peut être ajustée. Une fois l’objectif monté, utilisez la carte de faisceau pour vérifier que le diamètre du faisceau est constant sur au moins trois mètres. Ajustez la séparation de la lentille de la diode si nécessaire.

Ensuite, placez un polariseur rotatif dans le trajet du faisceau pour vérifier que la polarisation est dans le plan souhaité pour l’étalonnage de la diffraction. Cela complète la construction du laser à diode à cavité externe. Commencez l’alignement en plaçant une carte de visualisation dans le faisceau laser à diode à cavité externe.

Vient ensuite pour la diode. Dans cette expérience, ajustez le courant réglé sur le boîtier de commande de diode juste en dessous du seuil. Commencez ensuite à travailler avec les vis de réglage du système.

Utilisez les vis pour modifier l’angle du bras de nivellement jusqu’à ce qu’une cavité de rétroaction externe soit obtenue. Au fur et à mesure que les réglages sont effectués, observez la carte de visualisation. Un signe d’une cavité de rétroaction est une augmentation de la luminosité ou un flash sur la carte de visualisation.

L’étape suivante consiste à prévenir l’instabilité du laser par réflexion arrière. Pour ce faire, ajoutez un isolateur optique immédiatement après le laser. Maintenant, pour aider au réglage de la fréquence laser, préparez-vous à effectuer une mesure de cap de la longueur d’onde absolue à une précision inférieure à un nanomètre.

Pour ce faire, utilisez une plaque demi-onde et un séparateur de faisceau polarisant pour prélever un faisceau secondaire du faisceau principal et le saisir dans un ondemètre. Ajustez le laser à diode à cavité externe jusqu’à ce que la longueur d’onde de sortie souhaitée soit obtenue environ 780 nanomètres pour cette diode au rubidium. Préparez maintenant le système pour l’absorption saturée.

La spectroscopie dirige une partie du faisceau laser à travers un séparateur de faisceau polarisant et une plaque quart d’onde. Après la plaque quart d’onde, placez une cellule de vapeur de référence entourée d’un solénoïde. Suivez le solénoïde avec un miroir : la lumière réfléchie par le miroir est dirigée par le séparateur de faisceau vers un photodétecteur.

Fixez le photodétecteur à un oscilloscope. Utilisez le contrôleur DDE pour balayer la longueur d’onde jusqu’à ce qu’un signal d’absorption puisse être vu. Pour une pile au rubidium à la transition de 780 nanomètres, il y a un signal d’absorption élargi Doppler de largeur, d’environ cinq gigahertz avec plusieurs transitions nettes de 10 mégahertz également présentes.

De plus, lorsque le laser balaye la transition atomique de 780 nanomètres de rubidium, le faisceau laser doit être visible dans la cellule de vapeur pour créer un signal d’erreur de verrouillage. Utilisez un générateur de fonctions pour moduler le champ magnétique du solénoïde à environ 250 kilohertz avec une amplitude d’un gaz. Mélangez le signal de la sortie du photodétecteur à absorption avec le signal de modulation du générateur de fonctions pour obtenir un signal d’erreur sur l’oscilloscope.

De la même manière que cela ici, chaque transition hyperfine F deux F prime est étiquetée. Contrôlez l’amplitude du signal d’erreur en ajustant la phase relative avec la plaque quart d’onde avant la cellule de vapeur À ce stade, centrez le balayage sur la transition d’intérêt. Réduisez ensuite progressivement la plage de balayage jusqu’à ce qu’il n’y ait plus d’autres transitions.

Utilisez un circuit dérivé intégral proportionnel pour verrouiller la longueur d’onde du laser à l’aide du signal d’erreur. Pour effectuer une mesure précise de la largeur de ligne, utilisez deux lasers à diode à cavité externe. Chaque laser doit suivre le schéma présenté ici.

Dirigez le faisceau de chaque laser en ajoutant une plaque demi-onde et un séparateur de faisceau polarisant. Après le cours, l’appareil de mesure de la longueur d’onde commence par verrouiller les deux lasers à différentes transitions hyperfines distantes d’environ 100 mégahertz et en faisant correspondre leurs modes, leur puissance et leur polarisation. Une fois cela fait, utilisez un séparateur de faisceau non polaire 50-50 pour provoquer l’interférence des deux faisceaux.

Dirigez le faisceau résultant vers un photodétecteur. Vérifiez la sortie du signal du photodétecteur sur un oscilloscope. Le signal doit être une onde sinusoïdale avec une fréquence égale à la différence entre les fréquences des deux lasers.

Utilisez un analyseur de spectre pour la meilleure résolution des fluctuations de fréquence. Comme dans cet exemple, il y aura un profil de vide centré sur la fréquence de battement, qui peut être approximé par une gaussienne. Ici, le battement a une fréquence d’environ 206,24 mégahertz et aligné avec de 0,3 mégahertz.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la construction et de la caractérisation du laser à cadran à cavité externe commun.