Construção e Caracterização de externas Cavity lasers de diodo para Física Atômica

O objetivo geral deste procedimento é demonstrar a montagem e caracterização adequadas de lasers de diodo de cavidade externa. Isso é feito primeiro encontrando a orientação adequada dos elementos ópticos e obtendo feedback lazing. O segundo passo é configurar um sistema de absorção saturada para ajustar a frequência do laser.

Em seguida, sintonize o laser na ressonância e obtenha um sinal de absorção livre de Doppler. A etapa final é interferir o feixe com o de um segundo laser sintonizado para medir a largura da linha. Por fim, um laser DDE de cavidade externa em residentes com a transição atômica desejada é construído e sua largura de linha é medida.

A demonstração visual desse método é útil porque as etapas processuais são difíceis de aprender. Este vídeo começará com a montagem do laser de diodo de cavidade externa. Após a seleção da lente do diodo laser, a grade e os componentes eletrônicos usam uma cinta de aterramento como precaução contra danos ao diodo por descarga estática.

Aqui, o sistema mecânico, exceto a lente do diodo e a grade, é montado em um resfriador elétrico térmico montagem contínua do laser Ao colocar o diodo laser em seu orifício de montagem e prendê-lo usando seu anel de montagem, o anel de montagem deve ser confortável, mas não o tipo DDE pode e os pinos de aterramento devem ser permanentemente aterrados. Monte a lente na frente do diodo e monte o conjunto do tubo da lente. Depois de verificar as atribuições dos pinos, conecte o diodo laser a um circuito de proteção e à alimentação de corrente.

Remova a cinta de aterramento e defina as condições de operação adequadas para o diodo e o resfriador termoelétrico, ajustando a temperatura e a corrente do diodo para o valor sugerido. Para o comprimento de onda de interesse, ligue o controlador de temperatura e deixe a temperatura se estabilizar. Em seguida, tome as devidas precauções de segurança para trabalhar com lasers, incluindo o uso de óculos de proteção.

Ligue o diodo e coloque um cartão de visualização infravermelho na frente dele. Aumente a corrente para que o feixe de saída seja claramente observado com o diodo e a lente configurados. Volte a atenção para a classificação de difração.

Primeiro, verifique a orientação das linhas de nivelamento. O plano de difração é geralmente rotulado com uma seta perpendicular às linhas de nivelamento e na direção do reflexo em chamas. Verifique novamente a rotulagem trabalhando sob uma lâmpada e visualizando a classificação na direção apontada pela seta.

A luz refletida da fonte de banda larga deve mudar de cor à medida que o ângulo varia. Prepare-se para montar o nivelamento orientando-o no braço de ajuste do laser de diodo de cavidade externa para obter a potência máxima de feedback. Certifique-se de que a seta aponte para trás em direção ao dde.

Em seguida, use uma cola de ajuste rápido para montar a classificação. Agora prepare-se para agrupar o feixe com uma lente de agrupamento asférica. Monte a lente na frente do diodo.

A distância entre o diodo e a lente pode ser ajustada. Depois que a lente estiver montada, use o cartão de feixe para verificar se o diâmetro do feixe é constante em pelo menos três metros. Ajuste a separação da lente do diodo, se necessário.

Em seguida, coloque um polarizador giratório no caminho do feixe para verificar se a polarização está no plano desejado para a classificação de difração. Isso completa a construção do laser de diodo de cavidade externa. Inicie o alinhamento colocando um cartão de visualização no feixe de laser de diodo da cavidade externa.

Em seguida, para o diodo. Neste experimento, ajuste a corrente definida na caixa de controle do diodo para um pouco abaixo do limite. Em seguida, comece a trabalhar com os parafusos de ajuste do sistema.

Use os parafusos para alterar o ângulo do braço de nivelamento até que uma cavidade de feedback externa seja alcançada. À medida que os ajustes são feitos, observe o cartão de visualização. Um sinal de uma cavidade de feedback é um aumento no brilho ou um flash no cartão de visualização.

O próximo passo é evitar a instabilidade no laser por meio da reflexão traseira. Faça isso adicionando um isolador óptico imediatamente após o laser. Agora, para ajudar no ajuste da frequência do laser, prepare-se para fazer uma medição de curso do comprimento de onda absoluto com precisão inferior a um nanômetro.

Para fazer isso, use uma placa de meia onda e um divisor de feixe polarizador para pegar um feixe secundário do feixe principal e inseri-lo em um medidor de onda. Ajuste o laser de diodo de cavidade externa até que o comprimento de onda de saída desejado seja obtido cerca de 780 nanômetros para este diodo de rubídio. Agora prepare o sistema para absorção saturada.

A espectroscopia direciona parte do feixe de laser através de um divisor de feixe polarizador e uma placa de quarto de onda. Após a placa de quarto de onda, coloque uma célula de vapor de referência cercada por um solenóide. Siga o solenóide com um espelho, a luz refletida do espelho é direcionada pelo divisor de feixe para um detector de fotos.

Conecte o fotodetector a um osciloscópio. Use o controlador DDE para varrer o comprimento de onda até que um sinal de absorção possa ser visto. Para uma célula de rubídio na transição de 780 nanômetros, há um sinal de absorção ampliada doppler de largura, cerca de cinco gigahertz com várias transições nítidas de 10 megahertz também presentes.

Além disso, quando o laser varre a transição atômica de rubídio de 780 nanômetros, o feixe de laser deve ser visível na célula de vapor para criar um sinal de erro para travamento. Use um gerador de funções para modular o campo magnético do solenóide em torno de 250 kilohertz com uma magnitude de uma gause. Misture o sinal da saída do fotodetector de absorção com o sinal de modulação do gerador de funções para obter um sinal de erro no osciloscópio.

Semelhante a isso aqui, cada transição hiperfina F dois F primos é rotulada. Controle a magnitude do sinal de erro ajustando a fase relativa com a placa de quarto de onda antes da célula de vapor Neste ponto, centralize a varredura sobre a transição de interesse. Em seguida, reduza progressivamente o intervalo de varredura até que nenhuma outra transição esteja presente.

Empregue um circuito derivativo integral proporcional para bloquear o comprimento de onda do laser usando o sinal de erro. Para fazer uma medição precisa da largura da linha, use dois lasers de diodo de cavidade externa. Cada laser deve seguir o esquema mostrado aqui.

Direcione o feixe de cada laser adicionando uma placa de meia onda e um divisor de feixe polarizador. Após o curso, o aparelho de medição de comprimento de onda começa travando os dois lasers em diferentes transições hiperfinas com cerca de 100 megahertz de distância e combinando seus modos, potência e polarização. Feito isso, use um divisor de feixe não polar 50 50 para fazer com que os dois feixes interfiram.

Direcione o feixe resultante para um detector de fotos. Verifique a saída de sinal do fotodetector em um osciloscópio. O sinal deve ser uma onda senoidal com frequência igual à diferença entre as frequências dos dois lasers.

Use um analisador de espectro para obter a melhor resolução das flutuações de frequência. Como neste exemplo, haverá um perfil vazio centrado na frequência de batida, que pode ser aproximado por um gaussiano. Aqui a batida tem uma frequência de cerca de 206,24 megahertz e alinhada com de 0,3 megahertz.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como construir e caracterizar o laser de discagem de cavidade externa comum.