激光稳频系统及原子相干光谱的动态特性研究

摘要

随着科学理论和科研技术的进步以及深入的发展，激光器及其稳频系统和原子相干光谱的动态特性研究已经进入了一个新阶段。在激光技术、精密测量、量子技术等研究和应用领域，我们不仅需要激光器系统稳定度要高，而且在测试过程中能时刻关注激光器频率和原子相干光谱的动态过程，因此，动态特性的研究成为了测量系统性能的一项重要的工具。目前，国内外许多研究小组已经在这两个方面做了大量卓有成效的工作，他们研究的范围和内容越来越深入，而且具有广泛性。
　　本文着眼于动态特性，在实验上主要从两个方面开展工作。一方面我们研究了ECDL半导体激光器及稳频系统的动态响应特性，主要借助外界调制信号（正弦波和方波）对激光器系统进行频率调制，采集输入调制信号和因调制信号导致激光器频率变化的信号，利用FFT分析激光器系统频率响应特性获得系统的幅频特性和相频特性，以此来评价在实验环境中激光器及稳频系统的稳定性和系统的响应带宽。结果表明，用方波信号测量更快速和高效。同时，引入机械冲击来分析激光器在特定环境的响应特征，据此可针对性地设计和优化系统闭环反馈参数使激光器能应用在较为恶劣的环境中。用FFT分析方法可以区分频率间隔为0.008 Hz的两个同时存在的正弦波调制信号，系统的频率分辨率可达到0.002 Hz。
　　另一方面主要关注原子相干光谱的动态特性。首先，搭建了有原子气室的谐振腔，当腔与原子和光场共振时原子发生Rabi分裂。我们将垂直方向的泵浦光与谐振腔耦合，Rabi分裂峰的频率间隔和幅值随泵浦光功率的增大而增大，同时，利用方波信号控制AOM的开关来实现光的开关，当方波信号的频率增大后，观察透射谱的变化研究原子光谱的动态过程。此研究方法还可推广到冷原子系统。在完成论文的过程中对冷原子系统进行了优化和改进，我们将DL100激光器作为冷却光和自制的ECDL激光器作为再泵浦光，利用光功率放大器来提高冷却光的输出功率，借助PBS将冷却光和再泵浦光耦合到光纤中，将光纤输出的激光分为三束进入由原子气室和磁场构成的磁光阱中来获得较多的冷原子。我们利用Labview软件和NI6733板卡设计时序控制程序，并制作了光场、磁场的控制开关，来实现冷却光、再泵浦光、磁场和探测光的自动控制。此过程为研究冷原子系统的相干光谱动态特性奠定了基础。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 本文的主要工作和意义

第二章 光栅外腔反馈半导体激光器及其稳频系统的动态特性分析

2.1 激光器系统稳定性优化及稳频

2.2 激光器动态特性测量的实验系统

2.2.1 激光器动态特性测量的基本原理

2.2.2 周期性阶跃扰动下系统动态特性的测量

2.3 动态特性测量的结果与分析

2.4机械冲击下激光器的动态特性分析

2.5 小结

第三章 原子相干光谱的动态特性研究

3.1腔内原子相干光谱的动态特性分析

3.2 用于冷原子光谱动态特性研究的控制系统

3.3 小结

第四章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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