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Engineering

परमाणु भौतिकी के लिए बाहरी गुहा लेजर डायोड का निर्माण और विशेषता

Published: April 24, 2014 doi: 10.3791/51184
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1
1Department of Quantum Science, The Australian National University

Summary

यह बाहरी गुहा डायोड घटक चयन और ऑप्टिकल संरेखण सहित लेजर (ECDLs),, साथ ही परमाणु भौतिकी के क्षेत्र में अनुप्रयोगों के लिए आवृत्ति संदर्भ स्पेक्ट्रोस्कोपी और लेजर linewidth माप की मूल के निर्माण और निदान मार्गदर्शन करने के लिए एक अनुदेशात्मक कागज है.

Abstract

सस्ते देर से 1980 के दशक में उनके विकास के बाद से, विश्वसनीय बाहरी गुहा लेजर डायोड (ECDLs) परमाणु भौतिकी प्रयोगशालाओं 1,2 के workhorse लेजर के रूप में जटिल और महंगा पारंपरिक डाई और टाइटेनियम नीलम लेज़रों जगह ले ली है. उनकी बहुमुखी प्रतिभा और ऐसे 1,2 ठंडा अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी और लेजर के रूप में आवेदन में परमाणु भौतिकी के दौरान विपुल उपयोग यह जरूरी आने वाले छात्रों को इन लेज़रों की एक फर्म व्यावहारिक समझ हासिल करने के लिए बनाता है. इस प्रकाशन के घटकों को अद्यतन करने, और एक वीडियो ट्यूटोरियल प्रदान करने, Wieman 3 द्वारा मौलिक काम पर बनाता है. एक ECDL की स्थापना, आवृत्ति बंद और प्रदर्शन लक्षण वर्णन वर्णित किया जाएगा. घटक चयन और डायोड और बिजली दोनों की उचित बढ़ते की चर्चा, गुहा के भीतर मोड, चुनाव प्रभावित करने वाले कारकों, इष्टतम बाहरी राय, मोटे और ठीक आवृत्ति संवेदनशील माप के लिए प्रकाशिकी सेटअप, लेजर locki की एक संक्षिप्त सिंहावलोकन के लिए उचित संरेखणएनजी तकनीक, और लेजर linewidth माप शामिल किए गए हैं.

Introduction

मापने और परमाणुओं के क्वांटम राज्य से छेड़छाड़ परमाणु भौतिकी के दिल में है और परमाणु इलेक्ट्रॉनिक राज्यों के बीच विशिष्ट संक्रमण का पता करने की क्षमता की आवश्यकता है. उदाहरण के लिए रूबिडीयाम, एक ठेठ और ज्यादा इस्तेमाल क्षार परमाणु विचार करें. इधर, जमीन युग्मन प्रकाश की तरंगदैर्ध्य और पहली उत्तेजित इलेक्ट्रॉनिक राज्य ~ ~ कारण सहज उत्सर्जन के लिए 780 एनएम (384 THz) और उत्साहित राज्य जीवनकाल है 26 6 मेगाहर्ट्ज 4 की एक अवशोषण linewidth देने nsec. इस प्रकार, 108 में कम से कम एक हिस्से की आवृत्ति स्थिरता के साथ एक प्रकाश स्रोत मज़बूती से इस संक्रमण का पता करने की आवश्यकता है.

ECDLs, डाई लेज़रों और टाइटेनियम नीलम लेज़रों के विकास आम तौर पर परमाणु भौतिकी के लिए इस्तेमाल किए जाने से पहले. ये एक बड़ी बैंडविड्थ पर ऑप्टिकल लाभ प्रदान करते हैं और इस तरह एक परमाणु संक्रमण ओवरलैप देखते जा सकता है कि बड़े, महंगी, जटिल प्रणालियों रहे हैं. एक सस्ता, सरल डायोड लेजर इंजीनियर वाई के साथ इन लाभ मीडिया बदलने की क्षमतावांछित तरंगदैर्ध्य से मेल खाते एक bandgap 1980 के दशक 1,2 में पहचाना गया था वें. सरल, 100 kHz linewidths अच्छी तरह से 1990 के दशक 3,5,6 द्वारा समझा और आम जगह थे प्राप्त डिजाइन जो आसान बनाने के लिए. कई अलग अलग विन्यास और डिजाइन के फायदे और नुकसान के साथ प्रत्येक का प्रदर्शन किया गया है. शायद सबसे आम विन्यास Littrow 3,5,7,8 और Littman 9 विन्यास कर रहे हैं. इस चर्चा चित्रा 1 ए में दिखाया Littrow विन्यास, सरलतम पर केंद्रित है.

ट्यूनिंग तंत्र के एक नंबर एक साथ लेजर आवृत्ति में एक उच्च परिशुद्धता प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है. सबसे पहले, एक डायोड एक प्राप्त ऑपरेटिंग तापमान में वांछित तरंग दैर्ध्य में एक bandgap उत्पादन पर्याप्त लाभ के साथ आवश्यक है. ठेठ लेजर डायोड कई नैनोमीटर (THz) से अधिक लाभ होगा. दूसरे, झंझरी एक चिंतनशील विवर्तन वांछित पर डायोड में ऑप्टिकल प्रतिक्रिया प्रदान करने के लिए देखते कोण हैतरंगदैर्ध्य. झंझरी के आधार पर, डायोड, ध्यान केंद्रित लेंस का इस्तेमाल किया और उनके संरेखण, झंझरी आम तौर पर 50-100 गीगा की आवृत्ति रेंज का चयन करेंगे. लेजर (डायोड पीछे पहलू और झंझरी के बीच) बाह्य लेजर गुहा के साथ सुनाई देती है एक तरंग दैर्ध्य में हिलाना होगा. एक तरंग दैर्ध्य भर में इस गुहा लंबाई ट्यूनिंग लेजर सी, प्रकाश और एल की गति है, जहां झंझरी लाभ चोटी के चारों ओर एक मुक्त वर्णक्रमीय रेंज (सी / (2 एल)) के पार देखते जा करने की अनुमति देता, गुहा लंबाई है, आम तौर पर 1 - 5 सेमी (FSR 3-15 गीगा). दो गुहा मोड शिखर झंझरी प्रतिक्रिया तरंगदैर्ध्य से एक समान तरंगदैर्ध्य हैं जब लेजर बहुपद्वति चला सकते हैं. Oscillating गुहा मोड उसके पड़ोसी मोड से लाभ शिखर से आगे देखते है के रूप में लेजर इच्छा मोड हॉप ट्यूनिंग रेंज सीमित. झंझरी मोड के लिए सम्मान के साथ गुहा मोड के व्यवहार में 3 चित्र में देखा जा सकता है. मोड हॉप मुक्त ट्यूनिंग रेंज एक ECDL के लिए एक महत्वपूर्ण प्रदर्शन मीट्रिक है. एक साथ झंझरी कोण और गुहा की लंबाई ट्यूनिंग यह विधा hops के बिना कई मुफ्त वर्णक्रमीय सीमाओं के पार लगातार धुन, 8 बहुत आसान लगाने और वर्णक्रमीय सुविधाओं के लिए ताला लगा बनाने के लिए संभव है. लॉक के लिए गुहा के ऑप्टिकल पथ लंबाई की इलेक्ट्रॉनिक ट्यूनिंग एक piezo actuator (चित्रा 1 ए) (स्कैनिंग बैंडविड्थ ~ 1 kHz) का उपयोग झंझरी कोण / स्थिति ट्यूनिंग और मुख्य रूप से अपवर्तक modulates जो वर्तमान डायोड ट्यूनिंग के संयोजन के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है डायोड (स्कैनिंग बैंडविड्थ ≥ 100 kHz) के सूचकांक. लाभ माध्यम के लिए लेजर डायोड के बजाय विरोधी प्रतिबिंब (ए आर) लेपित लाभ चिप्स का प्रयोग 100-200 गीगा के एक ठेठ मुक्त वर्णक्रमीय रेंज हो सकता है जो लेजर डायोड आंतरिक गुहा प्रतिक्रिया जोड़ने के अतिरिक्त जटिलता कहते हैं. इस मामले में गुहा झंझरी से प्रतिक्रिया मैच देखते तापमान होना चाहिए. बल्कि एक ए.आर. लेपित चिप लाभ से एक लेजर डायोड का प्रयोग नाटकीय रूप से मोड हॉप मुक्त टी कम हो जाएगाsynchronously धुन डायोड वर्तमान या तापमान के लिए एक साधन है, जब तक uning रेंज. अंत में, 100 kHz सावधान ध्यान से बेहतर एक linewidth प्राप्त करने के लिए अन्य शोर स्रोतों को खत्म करने के लिए भुगतान किया जाना चाहिए. यह ध्वनिक कंपन, एमके स्तर तापमान स्थिरीकरण कम करने के लिए माउंट के सावधान मैकेनिकल डिजाइन की आवश्यकता है ≤ 30 एनए स्तर और सभी लॉकिंग के लाभ से सावधान ट्यूनिंग 10 छोरों पर डायोड की वर्तमान स्थिरता आरएमएस. आवेदन के लिए उचित इलेक्ट्रॉनिक्स चयन लेजर और प्रकाशिकी डिजाइन के रूप में बस के रूप में महत्वपूर्ण है. डायोड नियंत्रकों और विनिर्देशों की एक सूची तालिका 1 में पाया जा सकता है.

स्थिर lasing हासिल हो जाने के बाद, अगले आवश्यकता इस तरह के एक परमाणु संक्रमण, एक ऑप्टिकल गुहा या एक और लेजर के रूप में एक संदर्भ के लिए लेजर आवृत्ति बंद करने के लिए है. यह अनिवार्य रूप से साथ आवृत्तियों के लिए शोर को नष्ट करने, इस तरह के छोटे से तापमान के उतार चढ़ाव के रूप में धीमी गति से drifts के प्रभाव को हटालॉकिंग पाश की बैंडविड्थ में. एक त्रुटि संकेत, एक विशेष संदर्भ प्रणाली के लिए प्रत्येक अनुकूल प्राप्त करने के लिए विकसित किया गया है कि तकनीक ताला लगा के असंख्य हैं. दो लेज़रों ताला लगा चरण के लिए एक त्रुटि संकेत एक बीम फाड़नेवाला पर दो लेज़रों के मिश्रण से प्राप्त किया जा सकता है. पौंड Drever 11 हॉल या झुकाव ताला 12 एक गुहा को बंद करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. वर्तमान मॉडुलन 10, Zeeman मॉडुलन 10, या झुकाव ताला 15 के साथ संयोजन में एक परमाणु अवशोषण लाइन DAVLL 13 या संतृप्त अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी 3,14 को बंद करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.

एक भाप कक्ष में संतृप्त अवशोषण की Zeeman मॉडुलन का उपयोग कर एक रूबिडीयाम संक्रमण के लिए एक ECDL का ताला यहाँ वर्णित किया जाएगा. एक कम तीव्रता किरण कमरे के तापमान पर एक रूबिडीयाम वाष्प सेल के माध्यम से गुजरता है और आवृत्ति 780 एनएम परमाणु संक्रमण के आसपास के क्षेत्र में देखते है तो डॉपलर की एक संख्या ~ 500 मेगाहर्ट्ज व्यापक अवशोषण सुविधाओं चौड़ीबल्कि 6 मेगाहर्ट्ज व्यापक प्राकृतिक linewidth (प्राकृतिक और डॉपलर linewidths के लिए गणना फुट 16 में पाया जा सकता है) की तुलना में मनाया जाएगा. हालांकि, इस बीम रेट्रो परिलक्षित होता है, तो, दूसरा पास एक शून्य अनुदैर्ध्य वेग के साथ परमाणुओं के रूप में गूंज पर कम अवशोषण पहले से ही आंशिक रूप से पहले पास 17 से उत्साहित किया गया है होगा. अन्य आवृत्तियों प्रत्येक पारित पर अलग वेग आबादी द्वारा अवशोषित हो जाएगा और इसलिए अवशोषण संतृप्त नहीं किया जाएगा. इस रास्ते में एक स्पष्ट संचरण सुविधा प्राकृतिक linewidth के बारे में एक चौड़ाई के साथ बदलाव पर डॉपलर चौड़ी अवशोषण पर मढ़ा प्राप्त किया जा सकता है. यह करने के लिए बंद करने के लिए एक तेज निरपेक्ष आवृत्ति संदर्भ प्रदान करता है. परमाणु संक्रमण की आवृत्ति संदर्भ सेल में एक चुंबकीय क्षेत्र की भयावहता कटौती से Zeeman प्रभाव का उपयोग कर संग्राहक जा सकता है. एक उपयुक्त सजातीय चुंबकीय क्षेत्र चित्रा 5 में दिखाया गया है एक solenoid स्थापना का उपयोग कर उत्पादन किया जा सकता है. इलेक्ट्रॉनिक मिक्सिंगसंतृप्त अवशोषण ट्रांसमिशन के साथ संग्राहक तरंग डायोड वर्तमान समायोजित करने के लिए इस्तेमाल किया और piezo वोल्टेज समायोजित करने के लिए एकीकृत किया जा सकता है, जो एक त्रुटि संकेत उत्पन्न करता है. इस प्रकार, लेजर लेजर आवृत्ति मिलाना की जरूरत के बिना परिवर्तन करने के लिए बंद किया जा सकता है.

एक ECDL की linewidth आम तौर पर एक बीम फाड़नेवाला 18 पर एक ही प्रकार के दो आवृत्ति बंद कर दिया लेज़रों हस्तक्षेप से मापा जाता है. लेज़रों के बीच हरा आवृत्ति तो एक तेज photodiode और एक आरएफ स्पेक्ट्रम विश्लेषक का उपयोग मापा जाता है. लॉकिंग पाश बैंडविड्थ परे शोर स्पेक्ट्रम फिर प्रोफाइल एक वोइट (एक गाऊसी और Lorentzian के कनवल्शनफ़िल्टर्स) के लिए फिट है. विभिन्न पराबैंगनीकिरण से शोर वर्ग निकालना में जोड़ें. दो बराबर लेज़रों के मामले में इस √ का एक फिट linewidth (2) बार एक लेजर linewidth देता है. एक लेजर ECDL से उम्मीद है कि काफी छोटे से अधिक एक ज्ञात linewidth के साथ उपलब्ध है और यह ई की ट्यूनिंग सीमा में हैसीडीएल, तो उस के बजाय इस्तेमाल किया जा सकता है. सामान्यतः linewidth को मापने के लिए इस्तेमाल एक अन्य विधि बीम का हिस्सा इस तरह के एक फाइबर के रूप में एक ऑप्टिकल देरी रेखा के साथ भेजा और फिर लेजर के साथ एक बीम फाड़नेवाला पर मिलाया जाता है जहां देरी स्वयं homodyne तकनीक 19,20 है. इस तकनीक माप के तहत लेजर का जुटना लंबाई से भी लंबे समय तक किया जा रहा है देरी पर निर्भर करता है. इस शोर लेज़रों के लिए अच्छी तरह से काम करता है, लेकिन एक 100 kHz linewidth लेजर के लिए जुटना लंबाई अव्यावहारिक बनने के लिए शुरू होता है जो लगभग 3 किमी है. वैकल्पिक रूप से, एक संतृप्त अवशोषण सेल या एक फेब्री Perot गुहा में एक परमाणु संक्रमण लेजर linewidth माप के लिए एक आवृत्ति संदर्भ प्रदान करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. इस प्रणाली में लेजर आवृत्ति आकाश की एक रेखीय भाग बल्कि आवृत्ति में स्कैन करने की अनुमति से एक संतृप्त अवशोषण या फेब्री पेरोट प्रतिध्वनि में बैठने की आवश्यकता होगी. एक फोटो डायोड पर संकेत शोर को मापने और गूंज linewidth जानने के द्वारा, आवृत्ति शोर पाया जा सकता है. ली की निचली सीमाnewidth माप तो ट्रांसमिशन गूंज के ढलान द्वारा सीमित है.

उच्च आदेश lasing मोड की उपस्थिति एक आरएफ स्पेक्ट्रम विश्लेषक का उपयोग कर मुक्त वर्णक्रमीय रेंज की आवृत्ति पर तीव्रता शोर को देखकर या बेहतर मुक्त वर्णक्रमीय से एक स्कैनिंग फेब्री पेरोट या एक संकल्प के साथ एक ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम विश्लेषक का उपयोग कर के लिए जाँच की जा सकती ECDL की सीमा होती है. मोटे ट्यूनिंग रेंज झंझरी का उपयोग कर अपनी सीमा पार लेजर ट्यूनिंग जबकि (एक wavemeter, monochromator, या ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम विश्लेषक का उपयोग) तरंग दैर्ध्य के एक समारोह के रूप में शक्ति को मापने के द्वारा मापा जा सकता है. मोड हॉप मुक्त ट्यूनिंग सीमा आम तौर पर एक मोड हॉप आवृत्ति में एक टूटनेवाला कूद के रूप में पता लगाया जा सकता है, जहां एक स्कैनिंग फेब्री Perot गुहा का उपयोग कर मापा जाता है.

Protocol

1. घटक चयन

  1. ब्याज की परमाणु के लिए उपयुक्त तरंग दैर्ध्य में एक डायोड का चयन करें. यह चयनित डायोड एकल मोड (एस होने और आवेदन के लिए पर्याप्त शक्ति है कि महत्वपूर्ण है. एक विरोधी प्रतिबिंब लेपित डायोड आदर्श है. ये डायोड एक बाहरी गुहा के अलावा बिना लेस नहीं होगा और वे ECDL आपरेशन के लिए स्पष्ट रूप से डिजाइन किए हैं. वे विशेष रूप से लेजर की तरंग दैर्ध्य स्कैनिंग महत्वपूर्ण है जहां अनुप्रयोगों के लिए काफी बेहतर प्रदर्शन किया है. यहां इस्तेमाल किया लेजर डायोड) माल की सूची में सूचीबद्ध है.
    में रोड़ी एट अल. 3 के रूप में, ECDL कसकर डायोड और एक collimating लेंस फिट करने के लिए तैयार किया जाना चाहिए. यांत्रिक स्थिरता और थर्मल संपर्क लेजर के अच्छे संचालन के लिए महत्वपूर्ण हैं. निर्माण, और कम से कम मशीनिंग की आसानी के लिए, सफलता एक डायोड लेजर एकीकृत लेंस ट्यूब (माल की सूची) के साथ माउंट का उपयोग किया था किया गया है.
  2. डायोड collimate के लिए एक लेंस का चयन करें. यहसंख्यात्मक एपर्चर अन्यथा काफी नुकसान हो जाएगा तुलनीय या डायोड की संख्यात्मक एपर्चर से बड़ा होना जरूरी है. अधिकांश डायोड एक उच्च संख्यात्मक एपर्चर (> 0.5) है और aspheric लेंस की आवश्यकता होती है, अन्यथा aberrations बहुत कम प्रतिक्रिया क्षमता में परिणाम होगा. विपथन को कम करने के लिए झंझरी और परिचालन तरंगदैर्ध्य के पास एक डिजाइन तरंगदैर्ध्य पर किरण का आकार बढ़ाने के लिए एक लंबे फोकल लम्बाई के साथ एक लेंस का चयन, यकीन है कि लेंस परिचालन तरंगदैर्ध्य पर लेपित विरोधी प्रतिबिंब है बनाओ. का प्रदर्शन प्रणाली में इस्तेमाल किया लेंस के लिए सामग्री की सूची देखें.
  3. लेजर डायोड की आवृत्ति रेंज और झंझरी ट्यूनिंग हाथ केंद्रीय कोण के लिए उपयुक्त बाहरी झंझरी का चयन करें. पहले के आदेश में diffracted प्रकाश की तरंग दैर्ध्य, Littrow विन्यास, डी झंझरी पंक्ति रिक्ति है जहां λ = 2 डी पाप (θ), द्वारा दिया जाता है, θ घटना की झंझरी कोण है और λ(चित्रा 1 बी) 21 तरंगदैर्ध्य. वहाँ, झंझरी holographic और शासन किया विवर्तन के दो मुख्य प्रकार हैं, और दोनों प्रज्वलित या नहीं किया जा सकता है. Diffracted बिजली झंझरी के प्रकार के आधार पर काफी हद तक बदल सकता है. 20-30% के बीच की एक विवर्तन दक्षता के साथ एक holographic झंझरी के लिए निशाना लगाओ. का प्रदर्शन प्रणाली में इस्तेमाल किया झंझरी के लिए सामग्री की सूची देखें.
  4. प्रबंधनीय सरल डिजाइन का प्रयोग करें - जटिलता अक्सर अस्थिरता का मतलब है. वहाँ ECDL डिजाइन की एक विशाल संख्या में हैं लेकिन सबसे सरल Littrow 3,5,7,22 है. पत्र पढ़ा है और एक बड़े मोड हॉप मुफ्त रेंज (आवृत्ति सीमा को लेकर डायोड लगातार अचानक एक अलग आवृत्ति करने के लिए कूद के बिना धुन कर सकते हैं), एक बहुत ही संकीर्ण linewidth या कम इशारा भिन्नता आवेदन के लिए सबसे बड़ा महत्व का है कि क्या निर्णय लेते हैं. ECDL डिजाइन की शुरुआत से पहले संभव के रूप में अधिक से अधिक जानकारी प्राप्त करें. अक्सर झंझरी ECDL परमाणु भौतिकी में आवेदन के लिए पर्याप्त से अधिक है.
  5. यह एक ECDL का प्रदर्शन सबसे जोरदार डायोड वर्तमान ड्राइव और लेजर का तापमान स्थिर है कि इलेक्ट्रॉनिक्स में निहित है कि एहसास करने के लिए महत्वपूर्ण है. इलेक्ट्रॉनिक्स का एक अच्छा सेट के बिना मैकेनिकल डिजाइन के तहत प्रदर्शन करेंगे. शामिल तालिका 1 में विभिन्न वर्तमान और तापमान नियंत्रकों की तुलना है. वर्तमान शोर कम, बेहतर लेजर 23 प्रदर्शन करेंगे.

2. विधानसभा

  1. इस पत्र के प्रयोजनों के लिए ECDL विधानसभा के लिए प्रारंभिक बिंदु के घटकों (यानी झंझरी और लेजर डायोड) का चयन आवृत्ति के बिना एक शीतलक कूलर (टीईसी) पर मुहिम शुरू की एक पूरी ECDL यांत्रिक प्रणाली हो जाएगा.
  2. अपने संबंधित बढ़ते छेद में लेजर डायोड शुरू रखकर और अपने बढ़ते अंगूठी का उपयोग कर इसे सुरक्षित. खत्म नहीं हुआ टोक़ बढ़ते अंगूठी के लिए सावधान रहें. यह सुखद है, लेकिन तंग नहीं होना चाहिए.
  3. वर्तमान आपूर्ति, चे को लेजर डायोड जोड़ने से पहलेएनोड, कैथोड और जमीन पिन कार्य के लिए डायोड विनिर्देश शीट सी.के.. इस डायोड से डायोड से भिन्न होता है और डायोड के माध्यम से वर्तमान डालने पीछे की ओर इसे नष्ट कर देगा.
    1. लेजर डायोड कम वोल्टेज उपकरणों, आमतौर पर 5-10 वी अधिकतम, और देखभाल कोई स्थिर उन्हें छुट्टी दे दी है सुनिश्चित करने के लिए लिया जाना चाहिए रहे हैं. यह डायोड से निपटने जब ​​एक ग्राउंडिंग पट्टा पहनने और उच्च वोल्टेज को रोकने के लिए लेजर डायोड पिंस भर में एक सुरक्षा सर्किट (जैसे चित्रा 2) स्थापित करने के लिए अच्छा अभ्यास है. डायोड और जमीन पिंस स्थायी रूप से आधारित होना चाहिए कर सकते हैं और पतले तारों का उपयोग यांत्रिक कंपन के युग्मन को कम करने में सहायता कर सकते हैं.
  4. डायोड विवरण पत्र में मूल्यों के अनुसार अधिकतम और न्यूनतम तापमान और डायोड नियंत्रक पर अधिकतम डायोड और टीईसी वर्तमान सीमा तय करें. न्यूनतम तापमान ऑपरेटिंग प्रयोगशाला के लिए ओस बिंदु से नीचे है तो ~ 2 डिग्री सेल्सियस ABO में न्यूनतम तापमान का उपयोगओस बिंदु लिया. इस संघनन से बचना होगा.
  5. डायोड विवरण पत्र आमतौर पर किसी दिए गए डायोड वर्तमान में एक तरंग दैर्ध्य बनाम तापमान आंकड़ा है. शुरू में ब्याज की तरंग दैर्ध्य मैच के लिए डायोड तापमान (और मौजूदा) स्थापित करने के लिए एक संदर्भ के रूप में यह आंकड़ा प्रयोग करें. तरंगदैर्ध्य ग्राफ बनाम एक तापमान अनुपलब्ध है, तो कमरे के तापमान को निर्धारित तापमान को समायोजित.
  6. पर तापमान नियंत्रक मुड़ें और तापमान को स्थिर करने की अनुमति देते हैं.
  7. डायोड पर बारी और उत्पादन किरण स्पष्ट रूप से एक को देखने के कार्ड के साथ मनाया जा सकता है, ताकि वर्तमान बारी. किरण देखने के लिए एक आईआर कार्ड का उपयोग करें.
  8. Aspheric collimating लेंस डालें और डायोड और लेंस के बीच अलगाव का समायोजन करके लेजर डायोड collimate. अच्छा संधान सुनिश्चित करने के लिए बीम एक साफ रास्ता है, सुनिश्चित करें कि आदर्श> 3 एम, और सिर्फ ECDL के बाद और किरण पथ के अंत में किरण व्यास तक लेंस की स्थिति को समायोजित कि जाँच करने के लिए सुनिश्चित किया जा रहा है, वही कर रहे हैं किरण मैंमार्ग के किनारे किसी भी बिंदु पर ध्यान केंद्रित नहीं है.
  9. डायोड लेजर से ध्रुवीकरण की जाँच (एस या पी) झंझरी विवर्तन के लिए वांछित विमान में है. ज्यादातर मामलों में डायोड का ध्रुवीकरण अण्डाकार बीम आकार की छोटी अक्ष के साथ है, लेकिन यह एक ध्रुवीकरण बीम फाड़नेवाला का उपयोग अक्ष ध्रुवीकरण की जांच करने के लिए अच्छा अभ्यास है.
    1. किरण अक्ष वांछित विमान में नहीं है, तो डायोड बढ़ते अंगूठी ढीला और उचित उन्मुखीकरण हासिल की है जब तक डायोड घुमाएगी. कुछ ECDL डिजाइन इस पर लेजर के साथ किया और मौजूदा स्रोत से जुड़े होने की अनुमति देते हैं और दूसरों को नहीं है. मौजूदा आपूर्ति तार डायोड बारी बारी से हटा दिया जाना चाहिए, तो नियंत्रण बॉक्स में मौजूदा आपूर्ति बंद कर देते हैं और तारों को हटा दें. ECDL तापमान नियंत्रण इस प्रक्रिया के दौरान पर रह सकते हैं. डायोड से निपटने जब हमेशा एक ग्राउंडिंग पट्टा पहनने के लिए याद रखें.
    2. यह डायोड डायोड recollimate पिछले चरण दोहराने की स्थिति बदलने के लिए आवश्यक था.
  10. झंझरी विवर्तन विमान आमतौर पर झंझरी लाइनों को सीधा एक तीर के साथ और प्रज्वलित प्रतिबिंब की दिशा में निर्माता द्वारा लेबल है. डबल कोण के एक समारोह के रूप में इस तरह के एक प्रकाश बल्ब के रूप में एक व्यापक बैंड प्रकाश स्रोत से प्रतिबिंब,, देख कर यह जांच ले.
    1. झंझरी तीर सिर पर पर्यवेक्षक और एक व्यापक बैंड प्रकाश स्रोत की ओर वापस ओर इशारा करते हुए के साथ जाता है तो भी परिलक्षित प्रकाश झंझरी कोण के एक समारोह के रूप में रंग में बदल जाएगा.
    2. वापस डायोड की ओर है और इस तरह झंझरी कोण का समायोजन तीर अंक तरंगदैर्ध्य वापस डायोड में (आंकड़े 1 ए और 1 बी) परिलक्षित बदलता रहता है, ताकि झंझरी माउंट.
  11. झंझरी अभिविन्यास गोंद ऐसे लॉकटाइट के रूप में तेजी से सेटिंग गोंद का उपयोग ECDL ट्यूनिंग बांह पर झंझरी की पुष्टि हो जाने के बाद.

3. प्रतिक्रिया संरेखण

  1. ECDL उत्पादन के लिए गठबंधन एक को देखने कार्ड होना प्लेसहूँ. इस समायोजन diffracted किरण की ओर इशारा करते हुए के लिए किया जाता के रूप में लेजर शक्ति की निगरानी के लिए इस्तेमाल किया जाएगा. एक बिजली मीटर भी थे, लेकिन इसके जवाब में धीमी है किया जा सकता है.
  2. डायोड नियंत्रण बॉक्स पर सेट वर्तमान समायोजित करने के लिए सिर्फ चिंतनशील सामने पहलू डायोड और 1/3 ए.आर. लेपित डायोड लाभ चिप्स के लिए मौजूदा अधिकतम सीमा के लिए वर्तमान नीचे. एआर लाभ चिप्स नहीं कर लेपित जबकि चिंतनशील सामने पहलू डायोड उनके विनिर्देश या डाटा शीट पर एक सीमा वर्तमान होगा.
  3. , दोनों क्षैतिज और खड़ी झंझरी बांह के कोण समायोजित वापस डायोड में diffracted चलाने बीम, प्रभावी रूप से एक बाहरी प्रतिक्रिया गुहा बना रही है. बीम लेजर डायोड में निर्देश दिया है जब एक को देखने कार्ड या एक बिजली मीटर या photodiode का उपयोग करके मापा जब बिजली की एक नाटकीय वृद्धि पर एक उल्लेखनीय वृद्धि या उज्ज्वल फ्लैश के रूप में नमूदार बिजली उत्पादन में उल्लेखनीय वृद्धि, वहाँ हो जाएगा.
    1. एक को देखने कार्ड एक बहुत मात्रात्मक उपाय ओ नहीं हैच शक्ति यह संवर्द्धित लेजर डायोड वर्तमान कम और ऊपर व्यवहार तक प्रतिक्रिया किरण मरम्मत करने के लिए आवश्यक हो सकता है तो संभव सबसे वर्तमान में देखा जा सकता है.
    2. डायोड पहलू पर ध्यान केंद्रित करने के लिए अनुकूलन संधान लेंस ध्यान या अक्षीय स्थिति का समायोजन आगे सीमा कम है और यह क्षैतिज और खड़ी झंझरी कोण reoptimize के लिए आवश्यक हो जाएगा, जिसके बाद बिजली उत्पादन बढ़ा सकते हैं.

4. प्रारंभिक आवृत्ति चयन

  1. आदर्श प्रारंभिक आवृत्ति लेजर के संरेखण 1 एनएम <की परिशुद्धता के साथ तरंगदैर्ध्य का एक निरपेक्ष माप और के लिए <0.1 एनएम आदर्श है. यह मोटे आवृत्ति माप यह बहुत आसान बाद में एक चरण में एक परमाणु संक्रमण पर धुन लेजर आवृत्ति के लिए कर देगा. एक wavemeter, एक ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम विश्लेषक, स्पेक्ट्रोमीटर, या एक कैमरा के साथ एक monochromator का उपयोग सहित कई विकल्प हैं. यकीन है कि एक calibrated सही उपकरण का इस्तेमाल किया जाता है बनाओ या अपनी सी की जांचएक HeNe लेजर का उपयोग कर उदाहरण के लिए alibration,. वैकल्पिक रूप से, मोटे आवृत्ति समायोजन आमतौर पर एक वाष्प संदर्भ कक्ष से एक अवशोषण या प्रतिदीप्ति संकेत देखा जा सकता है जब तक लेजर स्कैनिंग है, जबकि झंझरी कोण और वर्तमान चलने से पूरा किया जा सकता है.
    1. आम तौर पर एक माध्यमिक बीम एक ग्लास कील चश्मे या λ / 2 waveplate और ध्रुवीकरण बीम फाड़नेवाला का उपयोग, मुख्य बीम से बंद उठाया, wavemeter के लिए एक निवेश के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा. इस प्रकाशिकी सेटअप चित्रा -1 में देखा जाता है. इस प्रदर्शन में प्रयुक्त सामग्री के लिए सामग्री की सूची देखें.
  2. वांछित उत्पादन तरंग दैर्ध्य प्राप्त किया जाता है जब तक ECDL समायोजित करें. वर्तमान, तापमान, झंझरी कोण और बाहरी गुहा लंबाई ड्राइविंग डायोड सभी लेजर आवृत्ति 24 (चित्रा 3) को प्रभावित करेगा.
    1. हाथ से या piezo का उपयोग कर, या तो झंझरी कोण का समायोजन करके शुरू करो. दूसरे, डायोड वर्तमान समायोजित करें.
    2. यदि वांछित frequeवांछित तरंगदैर्ध्य लाल है अगर ncy झंझरी झाडू रेंज के नीले रंग के लिए है, डायोड तापमान में कमी आई और इसके विपरीत किया जाना चाहिए.

5. ठीक आवृत्ति समायोजन और आवृत्ति ताला

  1. चित्रा 1F 3,14,17 में विन्यास का उपयोग ECDL उत्पादन पर संतृप्त अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी सेट करें. तुरंत लेजर के बाद एक ऑप्टिकल अलगाने का उपयोग (चित्रा 1C) आवश्यक है. यह अस्थिरता पैदा कर सकता है, जो लेजर में प्रतिबिंब वापस से बचने के लिए महत्वपूर्ण है. ब्याज की परमाणु युक्त, एक संदर्भ कक्ष का उपयोग संतृप्त अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी एक संकीर्ण परमाणु संक्रमण 25 के लिए एक लेजर लॉक करने के लिए एक सरल तरीका है.
    1. संदर्भ सेल प्रतिबिंब वापस से बचने के लिए एक कोण पर है और दर्पण रेट्रो वापस अधिकतम ओवरलैप के साथ भाप कक्ष के माध्यम से किरण को दर्शाता है कि सुनिश्चित करें. डबल पास प्रेषित शक्ति ई के रूप में फोटो डायोड उपयोग पर नजर रखी जा सकती हैसीडीएल तरंगदैर्ध्य स्कैन किया जाता है.
  2. अधिकांश डायोड नियंत्रकों होगा झंझरी piezo वोल्टेज और इसलिए झंझरी कोण और बाहरी गुहा लंबाई का समायोजन करके या डायोड वर्तमान modulating द्वारा तरंगदैर्ध्य स्कैन करेगा कि समारोह स्कैन में बनाया. चौड़ाई, ऑफसेट स्कैन और एक अवशोषण संकेत तस्वीर डिटेक्टर से जुड़ा एक गुंजाइश पर देखा जा सकता है जब तक लेजर तापमान और मौजूदा समायोजित किया जाना चाहिए. लेजर परमाणु संक्रमण पर स्कैनिंग है जब यह भाप कक्ष प्रतिदीप्ति में लेजर बीम का रास्ता देख या नग्न आंखों से या एक आईआर दर्शक के माध्यम से फ्लैश करने के लिए संभव हो जाना चाहिए.
  3. संतृप्त अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए संदर्भ बीम में प्रति इकाई क्षेत्र बिजली परमाणु संक्रमण के लिए संतृप्ति तीव्रता पर या ऊपर होना चाहिए. एक स्पष्ट अवशोषण संकेत देखा जा सकता है जब तक शक्ति बढ़ाने के ध्रुवीकरण बीम फाड़नेवाला पहले λ / 2 लहर प्लेट का प्रयोग करें. संतृप्ति तीव्रता की गणना फुट 16 में पाया जा सकता है.
  4. 780 एनएम आरबी परमाणु संक्रमण से अधिक लेजर स्कैनिंग के साथ, एक व्यापक डॉपलर चौड़ी अवशोषण संकेत फुट 16 में जला दिया ~ 10 मेगाहर्ट्ज (चित्रा 4) के कई तेज बदलाव के साथ, ~ 5 गीगा चौड़ाई में देखा जाना चाहिए. संतृप्त अवशोषण संकेत पैदा करने के लिए इस्तेमाल होने वाली बिजली को न्यूनतम शक्ति विस्तार को कम करने के लिए और बंद करने के लिए एक तेज सुविधा के उत्पादन के लिए आवश्यक है.
  5. ECDL आवृत्ति बंद करने के लिए आदेश में, एक त्रुटि संकेत की जरूरत है. चित्रा 5 से 10 के रूप में संदर्भ सेल के आसपास coils रखने और चुंबकीय क्षेत्र oscillating द्वारा, Zeeman के स्तर और संक्रमण के इस प्रकार आवृत्तियों संग्राहक हैं. इस मामले में Zeeman coils के माध्यम से वर्तमान गुजर ~ 1 जी की तीव्रता वाले लगभग 250 kHz पर संग्राहक है
  6. समारोह जनरेटर से मॉडुलन संकेत के साथ संतृप्त अवशोषण तस्वीर डिटेक्टर से अवशोषण संकेत मिलाएं. मिक्सर से उत्पादन एक गुंजाइश पर देखा जाता है तो यह एक त्रुटि संकेत सी होना चाहिएmilar चित्रा 4. त्रुटि संकेत की भयावहता दो मिश्रित संकेतों के बीच रिश्तेदार चरण पर निर्भर करेगा. चरण समायोजित करने के लिए भाप कक्ष से पहले λ / 4 बीम फाड़नेवाला घुमाएँ.
  7. उत्तरोत्तर स्कैन सीमा को कम करने और वर्तमान में कोई अन्य बदलाव के साथ ब्याज के संक्रमण से अधिक स्कैन केंद्र के लिए ऑफसेट को समायोजित.
  8. एक आनुपातिक-अभिन्न व्युत्पन्न (पीआईडी) सर्किट (देखें उदाहरण के लिए रोड़ी एट अल. 3) तो त्रुटि संकेत का उपयोग ECDL तरंगदैर्ध्य लॉक करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. पीआईडी ​​लाभ बज (त्रुटि संकेत का पता लगाने के बदलने की एक स्पेक्ट्रम विश्लेषक या फूरियर का उपयोग कर उदाहरण के लिए) त्रुटि संकेत में मॉडुलन की उपस्थिति के लिए देख द्वारा मनाया जाता है, जिस पर बिंदु से नीचे कम किया जाना चाहिए.

6. Linewidth माप

  1. एक सटीक linewidth माप पाने के लिए यह या तो एक ज्ञात संकीर्ण linewidth स्रोत (एक लेजर एल के साथ संबंध के लिए आवश्यक है) ECDL की तुलना में काफी कम inewidth, वही ECDLs या लंबे ECDL का जुटना लंबाई के साथ तुलना में एक विलंब लाइन के दो. यहाँ दो ECDLs linewidth को मापने के लिए दखल दिया जाएगा. वैकल्पिक रूप से, यह लॉकिंग पाश की बैंडविड्थ ऊपर शोर करने के लिए एक परमाणु संक्रमण या एक फेब्री Perot गुहा और फिट द्वारा उत्पादित एक प्रतिध्वनि को बंद करने के लिए आसान हो सकता है.
  2. विभिन्न hyperfine संक्रमण, ऑफसेट आदर्श करीब 100 मेगाहर्ट्ज के लिए दो लेज़रों ताला. इस इलेक्ट्रॉनिक शोर के प्रभाव को कम कर देंगे.
  3. मोड, बिजली और ध्रुवीकरण दो मुस्कराते हुए मैच और बीम फाड़नेवाला nonpolarizing, एक 50/50 का उपयोग करते हुए उन्हें एक साथ हस्तक्षेप. एक तस्वीर डिटेक्टर पर जिसके परिणामस्वरूप बीम संरेखित. तस्वीर डिटेक्टर पर संकेत उत्पादन ऑफसेट दो लेजर की आवृत्ति की एक आवृत्ति के साथ एक साइन लहर होना चाहिए. Photodiode क्षति या तर करने के लिए नहीं के रूप में तो यह परिणामस्वरूप किरण attenuate या defocus करने के लिए आवश्यक हो सकता है.
    1. दो पिटाई मुस्कराते हुए ओवरलैप फ्रिंज आगे का निर्धारण करेगाRAST के रूप में linewidth माप के दौरान एक गुंजाइश पर देखा. हाशिये पर विपरीत गरीब है, बीम फाड़नेवाला और डिटेक्टर पर मुस्कराते हुए मोड मिलान और ओवरलैप में सुधार के लिए अतिरिक्त समय खर्च करते हैं. एक अच्छा तरीका 'दो परितारिका का उपयोग कर दो मुस्कराते हुए ओवरलैप करने के लिए है, या एक अपेक्षाकृत बड़ी दूरी के द्वारा अलग पिन छेद,, ~ 1 मी.
  4. यह एक गुंजाइश पर आवृत्ति उतार चढ़ाव को हल करने के लिए मुश्किल हो जाएगा. सबसे अच्छा माप के लिए एक linewidth साथ हरा आवृत्ति पर केंद्रित एक वोइट प्रोफाइल दे देंगे, जो एक स्पेक्ट्रम विश्लेषक का उपयोग Δ एफ, convolved लेजर linewidth के बराबर (चित्रा 6). एक अच्छा सन्निकटन को ट्रेस एक गाऊसी और फिट से प्राप्त linewidth के लिए फिट हो सकते हैं. मापा शोर या linewidth स्पेक्ट्रम विश्लेषक पर संकल्प बैंडविड्थ का समायोजन करके सेट किया जा सकता है जो अधिग्रहण या एकीकरण के समय पर निर्भर करेगा. इस कारण से यह मीटर के हवाले से जब एकीकरण समय उद्धृत करने के लिए महत्वपूर्ण हैeasured linewidth.

Representative Results

, Aligning आवृत्ति ताला और ECDL की linewidth निस्र्पक में शामिल 5 मुख्य चरण हैं. ये हैं: झंझरी से प्रतिक्रिया प्राप्त करने और एक wavemeter पर मापा मोटे ECDL आवृत्ति सेट करने के लिए इस का उपयोग संदर्भ कक्ष में लेजर अवशोषण को देख, एक संतृप्त अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी सेटअप में प्राकृतिक linewidth के चारों ओर एक संकल्प के साथ परमाणु संक्रमण को देखने, एक प्राप्त वांछित संक्रमण और लॉकिंग यह करने के लिए, और अंत में दो लेज़रों की थाप नोट देख और लेजर linewidth मापने के आसपास त्रुटि संकेत. एक कदम सफलतापूर्वक काफी तुच्छता wavemeter पर पढ़ने के रूप में तरंगदैर्ध्य ब्याज का परमाणु संक्रमण से मेल खाती है, जब पूरा हो गया है. संदर्भ कक्ष में अवशोषण को प्राप्त करने का प्रयास करते समय संक्रमण मारा जाता है, पुष्पन एक आईआर दर्शक के साथ सेल में किरण पथ के साथ देखा जा सकता है. ECDL स्कैनिंग है, तो सेल फ्लैश करेगा. एक संतृप्त अवशोषण संकेत whe बता पाना मुश्किल हो सकता है पारेषण लाइनों डॉपलर अवशोषण शिखर की तुलना में बहुत छोटा हो सकता है क्योंकि पता पहले aligning. चित्रा 4 में दिखाया गया है उन लोगों के लिए इसी तरह की चोटियों,, देखा जा सकता है, जब संतृप्त अवशोषण प्रणाली ठीक से काम कर रहा है. चरण और स्कैन मापदंडों का समायोजन करके चित्रा 4 में दिखाया गया है कि इसी तरह एक त्रुटि संकेत प्राप्त किया जाना चाहिए. ECDL linewidth मापने के लिए यह दो बीम के बीच एक हरा संकेत प्राप्त करने के लिए आवश्यक है. मुस्कराते हुए अधिक से अधिक छा बन रूप में साइन लहर एक तस्वीर डिटेक्टर से एक गुंजाइश पर देखा के रूप में प्रकट करने के लिए शुरू हो जाएगा. नोड्स और विरोधी नोड्स के बीच इसके विपरीत सबसे बड़ा है जब तक aligning रखें. हरा संकेत तब निकालने के लिए एक संकेत इसी तरह एक इलेक्ट्रॉनिक स्पेक्ट्रम विश्लेषक के माध्यम से पारित हो जाता है जब 6 में देखा जाना चाहिए. लेजर linewidth इस संकेत से मापा जा सकता है. पूरा प्रकाशिकी सेटअप चित्रा 1 में देखा जा सकता है.

</ HTMLसामग्री चौड़ाई के लिए = "5in": src = "/ files/ftp_upload/51184/51184fig1highres.jpg" src = "/ files/ftp_upload/51184/51184fig1.jpg" /> के लिए "चित्रा 1"
... चित्रा 1 पूरा प्रकाशिकी सेटअप यह एक चर्चा की ECDL प्रणाली के लिए एक पूर्ण प्रकाशिकी सेटअप का एक उदाहरण है: यह एक ECDL की Littrow विन्यास पता चलता है. झंझरी पर किरण घटना की आम तौर पर 20-30% एक प्रतिशत, वापस डायोड में diffracted है. विवर्तन कोण और प्रतिबिंब कोण बराबर हैं. झंझरी झंझरी कोण को नियंत्रित करने के लिए एक piezo का उपयोग करता है जो एक ट्यूनिंग चरण के लिए मुहिम शुरू की है बी:. लेजर डायोड से उत्पादन किरण 0 क्रम को परिलक्षित करती है और वापस भेजा जा रहा है 1 सेंट आदेश विवर्तन के साथ θ कोण पर झंझरी पर घटना है घटना किरण मार्ग के किनारे. है ऑप्टिकल की स्थिति, और अभिविन्यास:. diffracted प्रकाश की तरंग दैर्ध्य λ = Littrow विन्यास में 2 डी पाप (θ) सी द्वारा दिया जाता हैolator लेजर डायोड डी करने के लिए अवांछित प्रतिक्रिया को कम करने के लिए:. लेजर बॉक्स से उत्पादन बीम एक λ / 2 waveplate और पीबीएस के माध्यम से गुजरता है और wavemeter लिए गठबंधन किया है. परिलक्षित होता है और संचरित बीम में बिजली waveplate घूर्णन द्वारा समायोजित किया जा सकता है ई:. बीम लाइन प्रयोग के लिए इस्तेमाल किया. इस लाइन लेजर की शक्ति के बहुमत में शामिल होंगे: एफ. एक पीबीएस के माध्यम संतृप्ति तीव्रता पर या ऊपर एक संदर्भ बीम पारित, λ / 4 waveplate, संदर्भ गैस सेल, और रेट्रो वापस पीबीएस पर यह दर्शाते हैं. यह दो मुस्कराते हुए अच्छी तरह से उचित संतृप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी पाने के लिए छा रहे हैं कि महत्वपूर्ण है. waveplate यह बीम फाड़नेवाला के विपरीत बंदरगाह से बाहर निकलने के लिए अनुमति घटना किरण से 90 डिग्री घुमाया जाएगा रेट्रो परिलक्षित बीम पर प्रकाश का ध्रुवीकरण सुनिश्चित करेंगे. बड़ा imag देखने के लिए यहां क्लिक करेंई.

चित्रा 2
चित्रा 2. लेजर डायोड संरक्षण सर्किट. लेजर डायोड वर्तमान के लिए उदाहरण संरक्षण सर्किट. आर 1 और सी 1 फार्म एक बुनियादी आर सी सर्किट और उच्च आवृत्ति शोर. डी 1 और डी 2 बाहर फिल्टर होगा क्रमशः Schottky और जेनर डायोड हैं. एक तेजी से प्रतिक्रिया समय है जो Schottky डायोड, रिवर्स voltages के खिलाफ की रक्षा के लिए जगह में है, और एक धीमी प्रतिक्रिया समय है जो जेनर डायोड, जिससे परहेज, वर्तमान अगर लेजर डायोड अधिकतम ऑपरेटिंग वोल्टेज ऊपर पारित करने के लिए अनुमति देने के लिए बनाया गया है लेजर डायोड को नुकसान पहुंचा. घटकों के लिए विशिष्ट मूल्यों आर 1 = 1 Ω, सी 1 = 1 एमएफ, डी 1 = 30 वी, आर 1 और सी 1 के लिए चुना डी 2 = 6 वी. मूल्यों डायोड के मौजूदा मॉडुलन बैंडविड्थ सीमित कर देगा होगा. इस से भी कम हो सकता हैआदर्श एक त्रुटि संकेत वर्तमान मॉडुलन के बजाय चर्चा की Zeeman मॉडुलन के माध्यम से उत्पादन किया जा रहा है.

चित्रा 3
. एक ECDL में चित्रा 3 प्रतिस्पर्धा मोड ग्रीन:.. 50 गीगा झंझरी के आधार पर ≈ झंझरी विवर्तन आदेश की रेखा चौड़ाई लाल ठोस: एक लाइन के साथ एक लेजर डायोड के आंतरिक गुहा मोड ≈ 10 मेगाहर्ट्ज और मुक्त वर्णक्रमीय रेंज ≈ 80 गीगा चौड़ाई . लाल पानी का छींटा: एक विरोधी प्रतिबिंब लेपित डायोड की आंतरिक गुहा. . ≈ 500 kHz के एक पंक्ति चौड़ाई और ≈ 5 गीगा के एक मुक्त वर्णक्रमीय रेंज के साथ बाहरी गुहा मोड: ये डायोड एनएम रेंज ब्लू में एक पंक्ति चौड़ाई होगा. एक 3 सेमी लंबे बाहरी गुहा से. झंझरी कोण का समायोजन हरी वक्र और सी का केन्द्र होगा बदलाव multaneously के रूप में अच्छी तरह से नीले वक्र स्थानांतरण बारी में बाहरी गुहा लंबाई बदल जाते हैं. डायोड वर्तमान और तापमान का समायोजन लाल घटता बदलाव होगा.

चित्रा 4

.. चित्रा 4 संतृप्त अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी और इसी त्रुटि संकेत रूबिडीयाम 87 के लिए कम वक्र:. डॉपलर मुक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी से गठित बहुत व्यापक डॉपलर अवशोषण शिखर पर संतृप्त अवशोषण चोटियों. अपर वक्र: इसी संतृप्त अवशोषण प्रणाली के लिए त्रुटि संकेत. त्रुटि संकेत ऊपर लेबल परमाणु संक्रमण (एफ → एफ ') के अनुरूप हैं.

तस्वीरें "/>

चित्रा 5. Zeeman कुंडल. कुंडल Zeeman मॉडुलन में इस्तेमाल एक रूबिडीयाम वाष्प सेल चारों ओर लपेटा.

चित्रा 6
चित्रा 6. लेजर linewidth. संकेत दो समान लेसरों द्वारा गठित हरा नोट की एक स्पेक्ट्रम विश्लेषक से प्राप्त कर लिया. आंकड़े से हरा 206.24 मेगाहर्ट्ज और 20 मिसे के एकीकरण के समय के साथ 0.3 मेगाहर्ट्ज के एक linewidth की एक आवृत्ति है.

</ Tr>
वर्तमान नियंत्रक सीमा शोर
थोर लैब्स:
LDC200CV 0-20 मा <1 μA (10 हर्ट्ज -10 मेगाहर्ट्ज)
LDC201CU 0-100 मा <0.2 μA (10 हर्ट्ज -10 मेगाहर्ट्ज)
LDC202C 0-200 मा <1.5 μA (10 हर्ट्ज -1 मेगाहर्ट्ज)
LDC205C 0-500 मा <3 μA (10 हर्ट्ज -1 मेगाहर्ट्ज)
Moglabs:
डीएलसी-202 0-200 मा <300 पीए / √ हर्ट्ज
0-250 मा <300 पीए / √ हर्ट्ज
डीएलसी-502 0-500 मा <300 पीए / √ हर्ट्ज
स्टैनफोर्ड रिसर्च सिस्टम्स:
LDC500 0-100 मा <0.9 μA आरएमएस (10 हर्ट्ज -1 मेगाहर्ट्ज)
LDC501 0-500 मा <4.5 μA आरएमएस (10 हर्ट्ज -1 मेगाहर्ट्ज)
Toptica:
डीसीसी 110/100 0-100 मा 200 ना आरएमएस (5 हर्ट्ज-1 मेगाहर्ट्ज)
डीसीसी 110/500 0-500 मा 1 μA आरएमएस (5 हर्ट्ज-1 मेगाहर्ट्ज)
तापमान नियंत्रकों
थोर लैब्स:
TED200C -45 से 145 डिग्री सेल्सियस ± 2 एम
Moglabs:
डीएलसी-202 -40 ° 50 सी ± 5 एम
डीएलसी-252 -40 ° 50 सी ± 5 एम
डीएलसी-502 -40 ° 50 सी ± 5 एम
स्टैनफोर्ड रिसर्च सिस्टम्स:
LDC500 -55 से 150 डिग्री सेल्सियस ± 2 एम
LDC501 -55 से 150 डिग्री सेल्सियस ± 2 एम
Toptica:
डीटीसी 110 0-50 डिग्री सेल्सियस ± 2 एम

तालिका 1. डायोड वर्तमान और तापमान नियंत्रकों. अपनी सीमाओं और शोर के स्तर के साथ विभिन्न कंपनियों के 'डायोड वर्तमान और तापमान नियंत्रकों.

Discussion

इस प्रकाशन लेजर linewidth की एक माप का उत्पादन करने के लिए संरेखण और आवृत्ति लॉकिंग के माध्यम से एक disassembled ECDL से स्थानांतरित करने के लिए दिखाया गया है. यांत्रिक डिजाइन और ऐसे पीआईडी ​​servos, डायोड ड्राइवर और तापमान नियंत्रक के रूप में इलेक्ट्रॉनिक्स की डिजाइन भी यहाँ चर्चा करने के लिए विशिष्ट है, लेकिन व्यापक संदर्भित प्रकाशनों 1,3,5 में चर्चा की गई है.

डायोड ECDL के परमाणु भौतिकी प्रयोगशालाओं, प्रजातियों और पहुँच सकते हैं इन devises सीमित है कि बदलाव में एक प्रधान बन गए हैं. बहुत प्रगति हालांकि वर्तमान में कई अंतराल विशेष रूप से यूवी में रहना डायोड आधारित लेज़रों से तरंगदैर्ध्य रेंज व्यापक बनाने में किया गया है. ECDL सिस्टम का पावर सीमाओं उनके आवेदनों को प्रतिबंधित करने के लिए जारी है. नंगे एकल मोड डायोड μWatts से mWatts 100 को सत्ता में लेकर. इसके अतिरिक्त, पतला एम्पलीफायरों एकल मोड कुल लेजर शक्ति को बढ़ाने के लिए एक ECDL प्रणाली से जोड़ा जा सकता हैवाट स्तर पर है. एक वाट या अन्य तरंग दैर्ध्य की तुलना में बहुत अधिक एकल मोड शक्तियों की आवश्यकता होती है, तो वैकल्पिक लेजर आर्किटेक्चर के लिए आवश्यक हैं. ये लेजर फाइबर 26, 27 ऐसे TiSaph लेज़रों के रूप में ठोस राज्य पराबैंगनीकिरण या वे nonlinear आवृत्ति रूपांतरण पर भरोसा कर सकते हैं जैसे कि रमन लेज़रों के रूप में 27 प्रक्रियाओं, चार लहर मिश्रण, योग आवृत्ति पीढ़ी, या एक ऑप्टिकल पैरामीट्रिक थरथरानवाला शामिल हैं.

इस प्रकाशन एक परमाणु भाप कक्ष पर निर्भर है कि एक ताला तंत्र पर केंद्रित है. परमाणु भौतिकी एक साधारण कांच भाप कक्ष में कई अनुप्रयोगों के लिए, यहाँ पर विचार विमर्श के रूप में उपलब्ध नहीं हो सकता है, इस तरह के Yb तरह प्रजातियों के लिए मामला है. प्रजातियों में से एक किस्म के साथ एक संदर्भ नमूना प्राप्त करने के लिए कई अन्य तकनीकों जैसे गर्म परमाणु मुस्कराते हुए, मुक्ति लैंप, बफर गैस कक्षों, आयोडीन की कोशिकाओं, और sputtering कोशिकाओं के रूप में प्रदर्शित किया गया है.

इस लेजर प्रणाली के डिजाइन स्वाभाविक ≈ 30 kHz 2 की linewidths तक सीमित है8 और आमतौर पर 100 kHz के करीब. आवेदन एक संकरा linewidth अन्य स्थिरीकरण तकनीक की आवश्यकता है या वैकल्पिक लेजर 26 आवश्यक हैं डिजाइन हैं.

ऑप्टिकल सिस्टम के साथ काम कर देता है तो सफाई अत्यंत महत्व का है. पहले दस्ताने गलती ऑप्टिकल सतह को छूने को रोकने के लिए पहना जा कि प्रकाशिकी और हैंडलिंग पेश किया जा रहा है जब यह अच्छा अभ्यास है. एक ऑप्टिक खरोंच है, तो यह एक लेजर प्रणाली में नहीं किया जाना चाहिए. ज्यादातर मामलों में उंगलियों के निशान या धूल के साथ प्रकाशिकी क्रमशः एसीटोन या संपीड़ित हवा के साथ साफ किया जा सकता. एक ऑप्टिकल सतह में कोई दोष है और इस प्रणाली में नुकसान और संभवतः शोर लागू करेगा कर सकते हैं. प्रकाशिकी mounts हर समय प्रकाशिकी बेंच के लिए तय की जानी चाहिए और मजबूती से जगह में एक बार नीचे बंद कर लिया जाना चाहिए.

ऐसे waveplates और ध्रुवीकरण बीम फाड़नेवाला के रूप में प्रकाशिकी aligning, प्रकाश ऑप्टिकल सतह को सीधा निकट घटना है यह सुनिश्चित करते हुए Avoवापस लेजर में प्रतिबिंब iding. घटना कोण इन ऑप्टिकल तत्वों का व्यवहार ° 90 से भटक के रूप में आदर्श से आगे आगे हो जाता है और. विपथन को कम करने और संख्यात्मक एपर्चर मुस्कराते हुए अधिकतम करने के लिए हमेशा लेंस के केन्द्र के माध्यम से यात्रा करते हैं और लेंस को सामान्य होना चाहिए. इसके विपरीत, एक भाप कक्ष ETALON प्रभाव से बचने के लिए घटना किरण को एक मामूली कोण पर रखा जाना चाहिए. इस कारण से कई वाष्प कोशिकाओं nonparallel अंत पहलुओं के साथ निर्मित कर रहे हैं.

यहां इस्तेमाल किया लेज़रों वर्ग 3B हैं. यहां तक ​​कि आवारा प्रतिबिंब आंख क्षति के लिए क्षमता है. इस प्रकार की लेज़रों के साथ काम केवल लेज़रों के खतरों से परिचित प्रशिक्षित कर्मियों द्वारा किया जाना चाहिए. लेजर सुरक्षा काले चश्मे हर समय पहना होना चाहिए. ऑप्टिकल संरेखण के लिए किसी भी लेजर के रास्ते नीचे सीधे देखो और ऑप्टिकल घटकों बंद खतरनाक specular प्रतिबिंब पैदा करने से बचने के लिए विशेष ध्यान रखना कभी नहीं. हमेशा सकारात्मक किरण लाइनों USI समाप्तएक किरण डंप एनजी.

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है. विशिष्ट उत्पाद और कंपनी प्रशंसा पत्र केवल स्पष्टीकरण के उद्देश्य के लिए कर रहे हैं और लेखकों द्वारा एक बेचान नहीं कर रहे हैं.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Laser Diode
(Rubidium, 780 nm)		 Roithner ADL-78901TX Various wavelengths, powers, case sizes, and AR coatings are available (Thor Labs, Eagle Yard Photonics, Rothnier)
Diffraction Grating
(Rubidium, 780 nm)		 Newport 05HG1800-500-1 Holographic or rullered
 (Optional blazing)
(Thor Labs, Newport)
Viewing Card Thor Labs VRC5 Infrared viewing card
Diode  Lens Thor Labs C330TME-B Coated for 780 nm
Glass Wedge Thor Labs PS814 10° wedge
1/2 Waveplate Thor Labs WPH10M-780 780 nm
1/4 Waveplate Thor Labs WPQ10M-780 780 nm
Rotation mounts Thor Labs RSP1C
PBS Thor Labs PBS252 780 nm
Isolator Thor Labs IO-5-780-HP
Vapor Cell Thor Labs GC25075-RB Rubidium 
Photo Detector Moglabs PDD-001-400-1100-λ
Scope Tektronix TDS1001B
Wavemeter Yokogawa AQ-6515A We use an optical spectrum analyzer but a cheaper wavemeter would also be sufficient.
Electronic spectrum analyzer Agilent E4411B
IR Viewer FJW Optical Systems Inc 84499A-5 Infrared viewer

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References

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भौतिकी अंक 86 बाहरी गुहा डायोड लेजर परमाणु स्पेक्ट्रोस्कोपी लेजर ठंडा बोस आइंस्टीन संघनन Zeeman मॉडुलन
परमाणु भौतिकी के लिए बाहरी गुहा लेजर डायोड का निर्माण और विशेषता
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Hardman, K. S., Bennetts, S., Debs,… More

Hardman, K. S., Bennetts, S., Debs, J. E., Kuhn, C. C. N., McDonald, G. D., Robins, N. Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics. J. Vis. Exp. (86), e51184, doi:10.3791/51184 (2014).

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