Budowa i charakterystyka laserów diodowych z zewnętrzną wnęką dla fizyki atomowej

Ogólnym celem tej procedury jest zademonstrowanie prawidłowego montażu i charakterystyki laserów diodowych z zewnętrzną wnęką. Osiąga się to poprzez znalezienie najpierw właściwej orientacji elementów optycznych i osiągnięcie leniuchowania ze sprzężeniem zwrotnym. Drugim krokiem jest skonfigurowanie nasyconego systemu absorpcji w celu dostrojenia częstotliwości lasera.

Następnie dostrój laser do rezonansu i uzyskaj dopplerowski sygnał absorpcji. Ostatnim krokiem jest interferencja wiązki z wiązką drugiego dostrojonego lasera w celu zmierzenia szerokości linii. Ostatecznie budowany jest zewnętrzny laser DDE do wnęki na mieszkańcach z pożądanym przejściem atomowym i mierzona jest jego szerokość linii.

Wizualna demonstracja tej metody jest przydatna, ponieważ kroki proceduralne są trudne do nauczenia. Ten film rozpocznie się od montażu lasera diodowego z zewnętrzną wnęką. Po wybraniu soczewki diody laserowej, krata i elektronika noszą pasek uziemiający jako środek ostrożności przed uszkodzeniem diody przez wyładowania elektrostatyczne.

Tutaj układ mechaniczny, z wyjątkiem soczewki diodowej i siatki, jest zamontowany na ciągłym montażu lasera w chłodnicy termicznej Umieszczając diodę laserową w otworze montażowym i zabezpieczając ją za pomocą pierścienia montażowego, pierścień montażowy powinien być dobrze dopasowany, ale nie typu puszka DDE i piny uziemiające powinny być trwale uziemione. Zamontuj soczewkę przed diodą i zamontuj zespół tubusu obiektywu. Po sprawdzeniu przyporządkowań pinów podłącz diodę laserową do obwodu zabezpieczającego i zasilania prądowego.

Zdejmij pasek uziemiający i ustaw odpowiednie warunki pracy diody i chłodnicy termoelektrycznej, ustawiając temperaturę i prąd diody na sugerowaną wartość. Dla interesującej Cię długości fali włącz regulator temperatury i poczekaj, aż temperatura się ustabilizuje. Następnie należy podjąć odpowiednie środki ostrożności podczas pracy z laserami, w tym korzystania z gogli.

Włącz diodę i umieść przed nią kartę podglądu na podczerwień. Zwiększ prąd tak, aby wiązka wyjściowa była wyraźnie obserwowana przy ustawieniu diody i soczewki. Zwróć uwagę na gradację dyfrakcyjną.

Najpierw sprawdź orientację linii skarpy. Płaszczyzna dyfrakcyjna jest zwykle oznaczona strzałką, która jest prostopadła do linii stopniowania i w kierunku oświetlonego odbicia. Dokładnie sprawdź etykietę, pracując pod żarówką i oglądając gradację z kierunku wskazanego przez strzałkę.

Światło odbite od źródła szerokopasmowego powinno zmieniać kolor wraz ze zmianą kąta. Przygotuj się do zamontowania skali, ustawiając ją na ramieniu strojenia lasera diodowego z zewnętrzną wnęką, aby uzyskać maksymalną moc sprzężenia zwrotnego. Upewnij się, że strzałka jest skierowana z powrotem w stronę dde.

Następnie użyj szybkowiążącego kleju, aby zamontować profilowanie. Teraz przygotuj się do zestawienia wiązki za pomocą asferycznej soczewki zbierającej. Zamontuj soczewkę przed diodą.

Odległość między diodą a soczewką można regulować. Po zamontowaniu obiektywu użyj karty wiązki, aby sprawdzić, czy średnica wiązki jest stała na co najmniej trzech metrach. W razie potrzeby wyreguluj separację soczewek diodowych.

Następnie umieść obrotowy polaryzator na ścieżce wiązki, aby sprawdzić, czy polaryzacja znajduje się w żądanej płaszczyźnie dla gradacji dyfrakcyjnej. Na tym kończy się budowa lasera diodowego z zewnętrzną wnęką. Rozpocznij wyrównanie, umieszczając kartę podglądu w zewnętrznej wiązce lasera diodowego.

Dalej dioda. W tym eksperymencie ustaw ustawiony prąd na skrzynce sterującej diody na nieco poniżej progu. Następnie rozpocznij pracę ze regulacyjnymi systemu.

Użyj, aby zmienić kąt ramienia sortującego, aż do uzyskania zewnętrznej wnęki sprzężenia zwrotnego. Podczas dokonywania regulacji obserwuj viewkarta. Jedną z oznak wnęki sprzężenia zwrotnego jest wzrost jasności lub błysk na karcie podglądu.

Następnym krokiem jest zapobieganie niestabilności lasera poprzez odbicie wsteczne. W tym celu należy dodać izolator optyczny bezpośrednio po laserze. Teraz, aby pomóc w dostrojeniu częstotliwości lasera, przygotuj się do wykonania pomiaru przebiegu bezwzględnej długości fali z dokładnością mniejszą niż jeden nanometr.

Aby to zrobić, użyj płytki półfalowej i rozdzielacza wiązki polaryzacyjnej, aby wybrać wiązkę wtórną z wiązki głównej i wprowadzić ją do miernika fal. Dostosuj laser diodowy z zewnętrzną wnęką, aż uzyskasz żądaną długość fali wyjściowej około 780 nanometrów dla tej diody rubidowej. Teraz przygotuj system do absorpcji nasyconej.

Spektroskopia kieruje część wiązki laserowej przez rozdzielacz wiązki polaryzacyjnej i płytkę ćwierćfalową. Za płytką ćwierćfalową umieść referencyjną komórkę parową otoczoną elektromagnesem. Podążaj za elektromagnesem z lustrem, światło odbite od lustra jest kierowane przez rozdzielacz wiązki do fotodetektora.

Podłącz fotodetektor do oscyloskopu. Użyj kontrolera DDE, aby zeskanować długość fali, aż będzie widoczny sygnał absorpcyjny. W przypadku komórki rubidowej przy przejściu 780 nanometrów występuje dopplerowski rozszerzony sygnał absorpcyjny o szerokości, około pięciu gigaherców z kilkoma ostrymi przejściami 10 megaherców.

Ponadto, gdy laser skanuje przejście atomowe rubidu o długości 780 nanometrów, wiązka laserowa powinna być widoczna w komórce parowej, aby utworzyć sygnał błędu do zablokowania. Użyj generatora funkcyjnego, aby modulować pole magnetyczne elektromagnesu o częstotliwości około 250 kiloherców o wielkości jednego gause. Wymieszaj sygnał z wyjścia fotodetektora absorpcyjnego z sygnałem modulacji z generatora funkcyjnego, aby uzyskać sygnał błędu na oscyloskopie.

Podobnie jak w tym przypadku, każde nadsubtelne przejście F dwa F jest oznaczone jako oznaczone. Kontroluj wielkość sygnału błędu, dostosowując fazę względną za pomocą płytki ćwierćfalowej przed ogniwem parowym W tym momencie wyśrodkuj skan nad przejściem zainteresowania. Następnie stopniowo zmniejszaj zakres skanowania, aż nie będzie żadnych innych przejść.

Zastosuj proporcjonalny obwód pochodnej całkowej, aby zablokować długość fali lasera za pomocą sygnału błędu. Aby wykonać dokładny pomiar szerokości linii, użyj dwóch zewnętrznych laserów diodowych wnękowych. Każdy laser powinien być zgodny ze schematem pokazanym tutaj.

Skieruj wiązkę z każdego lasera, dodając płytkę półfalową i rozdzielacz wiązki polaryzacyjnej. Po przebiegu aparatura do pomiaru długości fali zaczyna się od zablokowania dwóch laserów w różnych przejściach nadsubtelnych w odległości około 100 megaherców od siebie i dopasowania ich modów, mocy i polaryzacji. Gdy to zrobisz, użyj niepolarnego rozdzielacza wiązki 50 50, aby spowodować interferencję dwóch wiązek.

Skieruj powstałą wiązkę do fotodetektora. Sprawdź wyjście sygnału z fotodetektora na oscyloskopie. Sygnał powinien być falą sinusoidalną o częstotliwości równej różnicy częstotliwości między częstotliwościami dwóch laserów.

Użyj analizatora widma, aby uzyskać najlepszą rozdzielczość fluktuacji częstotliwości. Podobnie jak w tym przykładzie, będzie istniał pusty profil wyśrodkowany na częstotliwości dudnienia, która może być przybliżona przez Gaussian. Tutaj rytm ma częstotliwość około 206,24 megaherca i jest wyrównany z 0,3 megaherca.

Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak skonstruować i scharakteryzować powszechny laser do wybierania zewnętrznej wnęki.