用于原子冷却的激光注入锁定放大研究

摘要

在原子干涉重力测量实验中，激光发挥着重要的作用。不同频率和功率的激光被用于原子的冷却囚禁、上抛选态、干涉和末态探测等过程。用激光冷却囚禁原子时，要求激光具有功率高、频率稳、线宽窄等特点，注入锁定技术可以得到这样的激光。注入锁定是指将一个低功率，单模窄线宽的种子光注入到大功率从激光器中，在一定的条件下，大功率从激光器的输出将会被注入光锁定，令大功率从激光器的频率、相位和偏振与注入光同步，从而得到大功率、单模窄线宽的激光输出。
　　在硕士期间，制作了大功率FP激光器，性能满足要求，并将其作为从激光器完成注入锁定实验。
　　在做注入锁定实验时，用DBR激光器作为主激光器，用自制的FP大功率激光器作为从激光器。制作了FP激光器控制电路，包括电流源电路和温度控制电路。因为电流和温度是影响激光器输出特性的重要因素，所以对电流源和温度控制系统的性能要求较高。经实验测试，电流源稳定度20μA，4小时稳定性达0.1％；温度控制精度好于1mK，11小时稳定性好于0.01%；性能满足实验要求。
　　实验中做了三套激光器，第二套激光器改进了第一套激光器的温控结构，通过注入锁定得到功率77mW、波长780.2464nm的输出光；第三套激光器使用了比第二套功率大的激光管，通过注入锁定得到功率150mW，波长780.2464nm的输出光；并且测试了注入锁定的一些特性，包括锁定条件、稳定性、锁定范围等。文章最后对注入锁定实验进行了总结，并对下一步工作提出了一些建议。

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1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 激光在原子干涉重力测量中的需求和应用

1.3 硕士期间的主要工作

2 半导体激光器功率放大原理和方法

2.1 半导体激光器概述

2.2 激光功率放大方法和原理

2.3 本章小结

3 电流源、温度控制及激光器的制作

3.1 整体系统设计

3.2 电源

3.3 电流源电路

3.4 温度控制系统

3.5 激光器的制作

3.6 本章小结

4 激光器性能测试及分析

4.1 电源测试

4.2 电流源测试

4.3 温度控制系统测试

4.4 激光器输出光特性测试

4.5 激光器改进及测试

4.6 本章小结

5 注入锁定实验

5.1 激光注入锁定放大的影响因素

5.2 注入锁定实验光路

5.3 注入锁定放大实验

5.4 改用大功率激光管做注入锁定实验

5.5 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献