用环形外腔倍频获得稳定461nm激光

摘要

光钟(Optical Clock)研究是2002年以来国际计量科学发展的一个新热点。时间频率是目前最准确的基本物理量，目前准确度已达到10<'-15>量级，光钟研究有望达到10<'-18>量级。作为Sr原子光钟实现的重要一步--冷却和俘获原子，使用Sr<'87><'1S<,0>-<'1>P<,1>谱线跃迁461nm激光作为一级冷却光源，因此，产生461nm激光成为光钟课题中的一个重要部分。 本文采用准相位匹配的PPKTP晶体对连续922nm激光进行外腔谐振倍频，获得稳定461nm激光。倍频腔的基频透射光经探测器由光信号转换为电信号，经过倍频腔跟踪锁定电路进行混频处理后，反馈回倍频腔，以实现倍频光输出功率与基频光功率跟踪锁定。文中对腔的模式匹配、Boyd-Kleinmen聚焦因子、基频光腔内倍增功率和倍频效率等参数进行了理论计算。实验首次采用环形倍频腔一体化设计，以提高腔的稳定性。实验中获得208mW的461nm蓝光，耦合倍频转换效率大于70％，并具有很好的功率稳定性。同时试验对不同反射率的耦合腔镜以及倍频晶体PPKTP的线性吸收对倍频效率的影响做出了深入讨论。

目录

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致谢

序

1引言

1.1研究背景和意义

1.1.1超冷Sr原子

1.1.2激光冷却和俘获

1.2研究概况

1.3论文结构

2倍频产生461nm激光的原理与设计

2.1获得461nm激光的方法

2.1.1用KNbO3晶体倍频922nm激光的方法

2.1.2和频方法

2.1.3用PPKTP晶体倍频922nm激光的方法

2.1.4结论

2.2二次谐波的产生

2.2.1倍频理论

2.2.2准相位匹配

2.3谐振腔腔腔外倍频试验

2.4谐振腔腔外倍频的计算

2.4.1倍频腔计算

2.4.2模式匹配

2.4.3耦合透过率匹配及倍频功率和效率

3倍频腔跟踪锁定系统

3.1倍频腔跟踪锁定系统及电路

3.1.1本振单元

3.1.2混频单元

3.1.3比例—积分单元

3.1.4伺服单元

3.1.5压电陶瓷

3.2系统跟踪锁定调整过程

4 461nm激光分析和讨论

4.1激光器参数

4.2环形腔腔外倍频的理论计算参数

4.2.1倍频腔的参数和匹配透镜距离

4.2.2倍频腔的模式匹配

4.2.3倍频功率和效率

4.2.4倍频腔的阻抗匹配

4.3最优化PPKTP晶体温度

4.4倍频功率和效率

4.4.1耦合透镜的影响

4.4.2晶体线性吸收的影响

4.5稳定性的讨论

5结论

5.1总结

5.2下一步的工作

参考文献

附录A

附录B

作者简历