Строительство и характеристика внешнего резонатора диодных лазеров для атомной физики

Общая цель этой процедуры заключается в демонстрации правильной сборки и определения характеристик лазеров с внешним резонатором. Это достигается путем предварительного нахождения правильной ориентации оптических элементов и достижения эффекта обратной связи. Вторым шагом является настройка насыщенной системы поглощения для настройки частоты лазера.

Далее настройте лазер на резонанс и получите сигнал бездоплеровского поглощения. Последним шагом является наложение интерференции на луч второго настроенного лазера для измерения ширины линии. В конечном итоге, создается внешний резонаторный DDE лазер на резидентах с желаемым атомным переходом и измеряется ширина его линии.

Визуальная демонстрация этого метода полезна, потому что процедурные шаги сложны для освоения. Это видео начнется со сборки лазера с внешним резонатором. После выбора линзы лазерного диода, решетки и электроники надевают заземляющий ремешок в качестве меры предосторожности против повреждения диода статическим разрядом.

Здесь механическая система, за исключением линзы диода и решетки, установлена на термоэлектрическом охладителе непрерывной сборки лазера. Поместив лазерный диод в его монтажное отверстие и закрепив его с помощью монтажного кольца, монтажное кольцо должно быть плотно прилегать, но не тип DDE может и заземляющие контакты должны быть постоянно заземлены. Установите линзу перед диодом и установите линзу в сборе. После проверки расположения контактов подключите лазерный диод к цепи защиты и источнику питания.

Снимите заземляющий ремень и установите надлежащие условия работы диода и термоэлектрического охладителя, установив температуру и ток диода на рекомендуемое значение. Для интересующей длины волны включите регулятор температуры и дайте температуре стабилизироваться. Далее примите надлежащие меры безопасности при работе с лазерами, в том числе и при использовании защитных очков.

Включите диод и поместите перед ним инфракрасную карту просмотра. Увеличьте ток так, чтобы выходной луч был четко виден с установленными диодом и линзой. Обратите внимание на дифракционную градацию.

Во-первых, проверьте ориентацию линий сортировки. Дифракционная плоскость обычно обозначается стрелкой, которая перпендикулярна линиям градации и находится в направлении вспыхнувшего отражения. Дважды проверьте маркировку, работая под лампочкой и просматривая маркировку с направления, указанного стрелкой.

Свет, отраженный от широкополосного источника, должен менять цвет при изменении угла. Подготовьтесь к монтажу градуировщика, расположив его на настроечном кронштейне диодного лазера с внешним резонатором для обеспечения максимальной мощности обратной связи. Убедитесь, что стрелка указывает обратно в сторону dde.

Затем используйте быстросхватывающийся клей для монтажа грейдинга. Теперь приготовьтесь к сопоставлению луча с помощью асферической сортировочной линзы. Установите линзу перед диодом.

Расстояние между диодом и линзой можно регулировать. После установки объектива с помощью лучевой карты убедитесь, что диаметр луча постоянен на протяжении не менее трех метров. При необходимости отрегулируйте расстояние между диодными линзами.

Затем поместите вращающийся поляризатор на пути луча, чтобы проверить, что поляризация находится в нужной плоскости для дифракционной градации. На этом конструкция диодного лазера с внешним резонатором завершена. Начните юстировку, поместив смотровую карту во внешний резонатор диодного лазерного луча.

Далее по диоду. В этом эксперименте отрегулируйте установленный ток на блоке управления диодом чуть ниже порогового значения. Затем начинают работу с регулировочными винтами системы.

С помощью винтов изменяйте угол наклона сортировочного рычага до тех пор, пока не будет получена внешняя полость обратной связи. По мере выполнения корректировок наблюдайте за картой просмотра. Одним из признаков полости обратной связи является увеличение яркости или вспышка на карте просмотра.

Следующим шагом является предотвращение нестабильности лазера из-за обратного отражения. Для этого сразу после лазера будет добавлен оптический изолятор. Теперь, чтобы помочь с настройкой частоты лазера, приготовьтесь к курсовому измерению абсолютной длины волны с точностью менее одного нанометра.

Для этого с помощью полуволновой пластины и поляризационного светоделителя можно отделить вторичный луч от основного луча и ввести его в волнометр. Настройте лазер на внешнем резонаторе до тех пор, пока не будет получена желаемая длина волны на выходе около 780 нанометров для этого рубидиевого диода. Теперь подготовьте систему к насыщенному поглощению.

Спектроскопия направляет часть лазерного луча через поляризационный светоделитель и четвертьволновую пластину. После четвертьволновой пластины поместите опорную паровую ячейку, окруженную соленоидом. Следите за соленоидом с зеркалом, отраженный от зеркала свет направляется светоделителем на фотоприемник.

Подключите фотодетектор к осциллографу. Используйте контроллер DDE для сканирования длины волны до тех пор, пока не будет виден сигнал поглощения. Для рубидиевой ячейки на переходе 780 нм существует доплеровский расширенный сигнал поглощения шириной, около пяти гигагерц, с несколькими резкими переходами по 10 мегагерц.

Кроме того, когда лазер сканирует рубидий 780 нанометровый атомный переход, лазерный луч должен быть виден в паровой ячейке, чтобы создать сигнал ошибки для блокировки. Используйте генератор функций для модуляции магнитного поля соленоида на частоте около 250 килогерц с величиной в один гауз. Смешайте сигнал с выхода поглощающего фотоприемника с сигналом модуляции от генератора функций, чтобы получить сигнал об ошибке на осциллографе.

Аналогично этому, каждый сверхтонкий переход простых чисел F и F помечается. Управляйте величиной сигнала ошибки, регулируя относительную фазу с помощью четвертьволновой пластины перед испарительной ячейкой В этой точке центрируйте сканирование над интересующим переходом. Затем постепенно уменьшайте диапазон сканирования до тех пор, пока не исчезнут другие переходы.

Используйте схему пропорциональной интегральной производной для синхронизации длины волны лазера с помощью сигнала ошибки. Чтобы точно измерить ширину линии, используйте два лазера на диодах с внешним резонатором. Каждый лазер должен следовать схеме, показанной здесь.

Направьте луч от каждого лазера, добавив полуволновую пластину и поляризационный светоделитель. После измерения длины волны прибор начинает синхронизировать два лазера с различными сверхтонкими переходами на расстоянии около 100 мегагерц друг от друга и согласовывать их моды, мощность и поляризацию. Как только это будет сделано, используйте неполярный делитель луча 50 на 50, чтобы два луча интерферировали.

Направьте полученный луч на фотодетектор. Проверьте выходной сигнал фотодетектора на осциллографе. Сигнал должен представлять собой синусоидальную волну с частотой, равной разности частот двух лазеров.

Используйте анализатор спектра для наилучшего разрешения колебаний частоты. Как и в этом примере, будет профиль пустоты, центрированный по частоте биения, которую можно аппроксимировать гауссом. Здесь биение имеет частоту около 206,24 мегагерц и выравнивается с частотой 0,3 мегагерц.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как построить и охарактеризовать обычный лазер с внешним резонатором.