Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

البناء وتوصيف الخارجية تجويف ديود ليزر للفيزياء الذرية

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

هذا هو ورقة التعليمية لتوجيه البناء والتشخيص الليزر الخارجية تجويف الصمام الثنائي (ECDLs)، بما في ذلك اختيار عنصر والمواءمة البصرية، فضلا عن أساسيات التردد الطيفي المرجعية وlinewidth الليزر القياسات للتطبيقات في مجال الفيزياء الذرية.

Abstract

منذ تنميتها في أواخر 1980s، ورخيصة وموثوقة ليزر ديود تجويف خارجي (ECDLs) قد حلت محل الصبغة التقليدية معقدة ومكلفة والليزر التيتانيوم الياقوت مثل الليزر العمود الفقري لمختبرات الفيزياء الذرية 1،2. تعدد استعمالاتها واستخدام وافرة في جميع أنحاء الفيزياء الذرية في تطبيقات مثل التحليل الطيفي امتصاص الليزر والتبريد 1،2 يحتم على الطلبة الجدد لاكتساب فهم عملي لهذه الشركة ليزر. يبني هذا المنشور على العمل المنوي بواسطة يمان 3، وتحديث المكونات، وتوفير شريط فيديو تعليمي. سيتم وصف الإعداد، قفل التردد والأداء توصيف لECDL. مناقشة اختيار عنصر والتركيب الصحيح لكل من الثنائيات وحواجز شبكية، والعوامل التي تؤثر على اختيار واسطة داخل تجويف، المحاذاة الصحيحة للتغذية الراجعة الخارجية المثلى، والإعداد البصريات لقياس التردد الحساسة الخشنة وغرامة، لمحة موجزة عن locki الليزريتم تضمين تقنيات نانوغرام، والقياسات linewidth الليزر.

Introduction

قياس والتلاعب الدولة الكم من الذرات هو في صميم الفيزياء الذرية ويتطلب القدرة على معالجة التحولات محددة بين الدول الإلكترونية ذرية. على سبيل المثال النظر الروبيديوم، ذرة القلويات المستعملة نموذجية والكثير. هنا، الطول الموجي للضوء اقتران الأرض والدولة الالكترونية متحمس الأول هو 780 نانومتر ~ (384 THz لل) وعمر الدولة متحمس بسبب الانبعاثات العفوية و~ 26 NSEC إعطاء linewidth امتصاص 6 ميغاهيرتز 4. وبالتالي، لا بد من مصدر للضوء مع الاستقرار تردد من جزء واحد على الأقل في 108 لمعالجة هذا التحول بشكل موثوق.

قبل تطوير ECDLs، وأشعة الليزر والليزر صبغ الياقوت التيتانيوم وعادة ما تستخدم في الفيزياء الذرية. هذه هي ومكلفة النظم الكبيرة والمعقدة التي تقدم مكاسب البصرية أكثر من عرض النطاق الترددي كبيرة وبالتالي يمكن ضبطها لتتداخل انتقال ذرية. القدرة على استبدال وسائل الإعلام هذه المكاسب مع رخيصة وبسيطة ليزر ديود المهندسة وايعشر واعترف ذات فجوة الحزمة مطابقة الطول الموجي المطلوب في 1980s في وقت مبكر 1،2. بسيطة وسهلة لبناء التصاميم التي تحقق 100 كيلو هرتز linewidths كانت مفهومة جيدا، ومكان مشترك من قبل 1990s في وقت مبكر 3،5،6. وقد أثبتت العديد من التشكيلات وتصاميم مختلفة ولكل منها مزاياه وعيوبه. ربما تكوينات الأكثر شيوعا هي Littrow 3،5،7،8 ويتمان 9 تكوينات. وتركز هذه المناقشة على أبسط، والتكوين Littrow هو مبين في الشكل 1A.

ويستخدم عدد من آليات ضبط في وقت واحد لتحقيق دقة عالية في وتيرة الليزر. أولا، لا بد من الصمام الثنائي مع ذات فجوة الحزمة انتاج ما يكفي من مكاسب في الطول الموجي المطلوب في درجة حرارة التشغيل للتحقيق. سوف يزر ديود نموذجية ديك مكاسب على مدى عدة نانومتر (THz لل). ثانيا، الحيود مقضب هو انعكاس زاوية ضبطها لتوفير التغذية المرتدة البصرية في الصمام الثنائي في المطلوبالطول الموجي. اعتمادا على صريف، الصمام الثنائي، وتستخدم عدسة التركيز واتساقها، وصريف تحديد نطاق تردد من عادة 50-100 غيغاهيرتز. سوف الليزر التأرجح في الطول الموجي الرنانة مع تجويف الليزر الخارجي (الصمام الثنائي بين الوجه الخلفي وصريف). ضبط هذا الطول الموجي تجويف عبر يسمح ليزر ليتم ضبطها عبر المدى الطيفي الحرة (ج / (2 L)) حول كسب الذروة صريف حيث c هي سرعة الضوء وL، هو طول تجويف، عادة 1 - 5 سم (FSR 3-15 غيغاهرتز). عندما وضعين تجويف هي طول موجة مماثلة من ذروة صريف ردود الفعل الطول الموجي الليزر قد تعمل المتعدد. كما يتم ضبطها في وضع تجويف تتأرجح مزيد من كسب الذروة من وضع المجاورة لها إرادة الهيب وضع ليزر يحد من نطاق الضبط. يمكن أن ينظر إلى سلوك وسائط تجويف فيما يتعلق وضع صريف في الشكل 3. والهيب وضع الموالفة الحرة النطاق هو مقياس الأداء الرئيسية لECDL. عن طريق ضبط في وقت واحد زاوية صريف وطول تجويف فمن الممكن لضبط بشكل مستمر في العديد من نطاقات طيفية مجانا دون وضع القفزات، مما يجعل تحديد مكان وقفل إلى ميزات الطيفية أسهل بكثير 8. ويمكن تحقيق ضبط الإلكترونية من طول مسار بصري من تجويف للتأمين من خلال مزيج من ضبط صريف الزاوية / موقف باستخدام المحرك بيزو (الشكل 1A) (عرض النطاق الترددي المسح ~ 1 كيلو هرتز) وضبط الصمام الثنائي الحالي الذي ينظم في المقام الأول على الانكسار مؤشر الصمام الثنائي (عرض النطاق الترددي المسح ≥ 100 كيلو هرتز). استخدام الثنائيات الليزر بدلا من المضادة للانعكاس (AR) رقائق مكاسب المغلفة لتحقيق مكاسب متوسطة يضيف تعقيدات إضافية من إضافة يزر ديود استجابة تجويف الداخلية التي قد يكون لها المدى الطيفي حرة نموذجية من 100-200 غيغاهرتز. في هذه الحالة يجب أن يكون تجويف درجة حرارة ضبطها لتتناسب مع استجابة من صريف. وسوف تستخدم الصمام الثنائي ليزر بدلا من كسب رقاقة AR المغلفة الحد بشكل كبير من حر ر الهيب وضعمجموعة uning ما لم يكن هناك وسيلة لضبط متزامن الصمام الثنائي الحالي أو درجة الحرارة. أخيرا، لتحقيق linewidth أفضل من 100 كيلو هرتز الاهتمام الدقيق يجب أن تدفع للقضاء على مصادر الضجيج الأخرى. هذا يتطلب التصميم الميكانيكي دقيق لليتصاعد لتقليل الاهتزاز الصوتية، وتثبيت درجة حرارة مستوى MK، RMS الاستقرار الحالي من الصمام الثنائي على مستوى ≤ 30 غ وضبط دقيق لكسب جميع حلقات تأمين 10. اختيار الالكترونيات المناسبة لتطبيق هو مجرد هامة مثل الليزر والبصريات التصميم. ويمكن الاطلاع على قائمة وحدات تحكم الصمام الثنائي والمواصفات في الجدول 1.

مرة واحدة وقد تحقق إحلال مستقرة، والشرط التالي لقفل تردد الليزر إلى مرجع مثل التحول الذري، وهو تجويف بصري أو ليزر آخر. هذا يزيل آثار الانجرافات بطيئة مثل تقلبات صغيرة في درجة الحرارة، والقضاء على الضوضاء أساسا للترددات معفي عرض النطاق الترددي للحلقة قفل. هناك عدد لا يحصى من التقنيات التي تم تطويرها للحصول على إشارة خطأ، ولكل مناسبة لنظام الإشارة بوجه خاص تأمين. إشارة خطأ للمرحلة تأمين اثنين من الليزر يمكن الحصول عليها عن طريق خلط اثنين من الليزر على شعاع الخائن. الجنيه Drever قاعة 11 أو يمكن استخدام 12 قفل لقفل الميل إلى تجويف. لقفل لخط الامتصاص الذري DAVLL 13 أو المشبعة امتصاص الطيفي 3،14 في تركيبة مع التشكيل الحالي 10، زيمان التشكيل 10، أو 15-قفل الميل يمكن استخدامها.

سيتم وصف قفل من ECDL للانتقال الروبيديوم باستخدام التشكيل زيمان الامتصاص المشبعة في خلية بخار هنا. إذا يمر شعاع منخفض الكثافة من خلال خلية بخار الروبيديوم في درجة حرارة الغرفة ويتم ضبطها تردد في محيط الانتقال الذري نانومتر 780 عدد من دوبلر توسيع استيعاب ملامح ~ 500 ميغاهيرتز واسعةوسيراعى بدلا من 6 ميغاهيرتز linewidth الطبيعية واسعة (حسابات linewidths الطبيعية ودوبلر يمكن العثور عليها في القدم 16). إذا، ومع ذلك، وينعكس هذا الشعاع الرجعية، فإن مرور الثاني يكون أقل امتصاص الرنين على النحو الذرات مع صفر سرعة طولية وقد تم بالفعل متحمس جزئيا أول تمريرة 17. وسيتم استيعاب ترددات أخرى من قبل السكان سرعة مختلفة على كل تمريرة، وبالتالي لن تكون مشبعة الاستيعاب. بهذه الطريقة مضافين ميزة انتقال واضح على امتصاص توسيع دوبلر في التحولات مع عرض حول linewidth الطبيعية يمكن الحصول عليها. هذا يوفر مرجعا تردد المطلقة حادة لقفل ل. وتيرة التحول الذري قد يكون منظم باستخدام تأثير زيمان بواسطة التردد ضخامة المجال المغناطيسي في الخلية المرجعية. يمكن أن تنتج حقل مغناطيسي متجانس مناسبة باستخدام الإعداد الملف اللولبي كما هو مبين في الشكل 5. خلط إلكترونياالموجي التضمين مع انتقال امتصاص المشبعة يولد إشارة الخطأ التي يمكن أن تستخدم لضبط الصمام الثنائي الحالي ومتكاملة لضبط بيزو الجهد. وبالتالي، قد يكون مؤمنا ليزر لعملية الانتقال دون الحاجة لتعديل تردد الليزر.

يتم قياس linewidth من ECDL عموما بالتدخل اثنين التردد مقفل الليزر من نفس النوع على الخائن شعاع 18. ثم يتم قياس وتيرة ضربات بين الليزر باستخدام الضوئي بسرعة ومحلل الطيف RF. الطيف الضوضاء خارج النطاق الترددي قفل حلقة ثم يتم تركيبها على فويت (الإلتواء من التمويه وLorentzian) ملف. الضجيج من أجهزة الليزر المختلفة إضافة في التربيع. في حالة اثنين من الليزر يعادل هذا يعطي linewidth المجهزة لل√ (2) أضعاف linewidth ليزر واحد. إذا كان الليزر هو متاح مع linewidth المعروف أصغر بكثير مما هو متوقع من ECDL وذلك ضمن نطاق ضبط للECDL، فإن ذلك يمكن أن تستخدم بدلا من ذلك. طريقة أخرى تستخدم عادة لقياس linewidth هو تأخر الذاتي تقنية متجانسة التقارن 19،20 حيث يتم إرسال جزء من شعاع على طول خط تأخير البصرية مثل الألياف ثم يخلط على الخائن شعاع مع الليزر. تعتمد هذه التقنية على تأخير كونها أطول من طول تماسك الليزر تحت القياس. هذا يعمل بشكل جيد ليزر صاخبة ولكن ليزر 100 كيلو هرتز linewidth طول التماسك حوالي 3 كم، والذي يبدأ لتصبح غير عملي. بدلا من ذلك، التحول النووي في خلية امتصاص المشبعة أو تجويف فابري بيرو يمكن استخدامها لتوفير مرجع التردد لقياس linewidth الليزر. في هذا النظام تردد الليزر سوف تحتاج إلى الجلوس في جزء طولي من الأثير امتصاص المشبعة أو فابري بيرو صدى بدلا من السماح لمسح في تردد. عن طريق قياس الضوضاء إشارة على الصمام الثنائي الصورة ومعرفة linewidth الرنين، يمكن العثور على الضوضاء تردد. الحد الأدنى من لىقياس newidth ثم يتم محدودة بسبب المنحدر من صدى الإرسال.

وجود أعلى سائط أجل إحلال يمكن التحقق من خلال النظر في شدة الضوضاء على التردد المدى الطيفي مجانا باستخدام محلل الطيف RF أو باستخدام المسح فابري بيرو أو محلل الطيف الضوئي مع قرار أفضل من الطيفية مجانا مجموعة من ECDL. يمكن قياس ضبط مجموعة الخشنة عن طريق قياس قوة بوصفها وظيفة من الطول الموجي (باستخدام wavemeter، مستوحد اللون، أو الطيف الضوئي محلل)، في حين ضبط الليزر عبر حدوده باستخدام صريف. يتم قياس الهيب وضع حر ضبط مجموعة عموما باستخدام المسح تجويف فابري بيرو حيث يمكن الكشف عن الهيب الوضع كما قفزة متقطع في التردد.

Protocol

1. تحديد المكونات

  1. اختر الصمام الثنائي في الطول الموجي المناسب للذرة من الفائدة. فمن الأهمية بمكان أن يكون الصمام الثنائي اختيار طريقة واحدة (كيلومتر ولها قوة كافية للتطبيق. وهو الصمام الثنائي المغلفة المضادة للانعكاس مثالية. سوف هذه الثنائيات لا عالج بالليزر بدون إضافة تجويف الخارجية وأنها مصممة بوضوح لعملية ECDL. لديهم أداء أفضل بشكل ملحوظ، ولا سيما بالنسبة للتطبيقات حيث مسح الطول الموجي لليزر هو المهم. يتم سرد ديود الليزر المستخدمة هنا في قائمة المواد).
    كما هو الحال في حصباء وآخرون. 3، وECDL يجب أن تكون مصممة لتناسب بإحكام الصمام الثنائي وعدسة الموازاة. الاستقرار الميكانيكية والحرارية اتصال بالغة الأهمية بالنسبة لعملية جيدة من الليزر. لسهولة البناء، والحد الأدنى من الآلات، والنجاح وقد كان باستخدام الليزر ديود جبل مع أنبوب العدسة المتكاملة (قائمة المواد).
  2. حدد عدسة لcollimate الصمام الثنائي. هوالمهم أن الفتحة العددية تكون قابلة للمقارنة أو أكبر من الفتحة العددية من الصمام الثنائي وإلا لن يكون هناك خسائر كبيرة. معظم الثنائيات ديك الفتحة العددية عالية (> 0.5)، وتتطلب العدسات شبه كروي، وإلا الانحرافات سيؤدي إلى انخفاض كفاءة جدا ردود الفعل. تأكد من أن العدسة المضادة للانعكاس المغلفة في الطول الموجي التشغيل، واختيار عدسة مع طول بؤري طويل لزيادة حجم شعاع على صريف والطول الموجي التصميم بالقرب من الطول الموجي التشغيل للحد من انحراف. الرجوع إلى قائمة المواد للعدسة المستخدمة في نظام تظاهر.
  3. حدد صريف الخارجية المناسبة لنطاق التردد لليزر ديود وضبط زاوية الذراع المركزي صريف. الطول الموجي للضوء diffracted في الدرجة الأولى، التكوين Littrow، وتعطى من قبل λ = 2 د (θ) الخطيئة، حيث d هو تباعد الأسطر صريف، θ هي الزاوية صريف حدوث وλ والطول الموجي 21 (الشكل 1B). هناك نوعان رئيسيان من حيود صريف، وحكمت الثلاثية الأبعاد، وكلاهما قد اشتعلت النار أم لا. اعتمادا على نوع من صريف قوة diffracted قد تختلف إلى حد كبير. تهدف لصريف الثلاثية الأبعاد مع كفاءة حيود بين 20-30٪. الرجوع إلى قائمة المواد اللازمة لصريف المستخدمة في نظام تظاهر.
  4. استخدام أبسط تصميم التحكم فيها - يعني في كثير من الأحيان تعقيد عدم الاستقرار. هناك عدد كبير من التصاميم ECDL ولكن أبسط هو Littrow 3،5،7،22. قراءة الأوراق وتقرر ما إذا كان كبير الهيب وضع الطليقة (نطاق الترددات فوق الصمام الثنائي الذي يمكن باستمرار لحن دون القفز فجأة إلى تردد مختلفة)، وهو linewidth ضيقة جدا أو تقليل التباين التأشير هو من أعظم أهمية للتطبيق. الحصول على أكبر قدر ممكن من المعلومات قبل البدء في تصميم ECDL. غالبا ما يكون ECDL صريف هي أكثر من كافية للتطبيقات في الفيزياء الذرية.
  5. من المهم أن ندرك أن أداء وECDL متجذر بقوة في معظم الالكترونيات التي تدفع الصمام الثنائي الحالي وتحقيق الاستقرار في درجة حرارة الليزر. دون مجموعة جيدة من الالكترونيات والتصميم الميكانيكي سوف تؤدي تحت. وشملت هو المقارنة بين مختلف وحدات التحكم الحالية ودرجة الحرارة في الجدول 1. انخفاض الضوضاء الحالية، وأفضل الليزر سوف تؤدي 23.

2. الجمعية

  1. لأغراض هذه الورقة نقطة انطلاق لتجميع ECDL سيكون نظاما كاملا ECDL الميكانيكية التي شنت على برودة الحرارية (TEC) دون تردد اختيار المكونات (أي الصمام الثنائي ليزر وصريف).
  2. تبدأ من خلال وضع ليزر ديود في حفرة التركيب الخاصة به وثبته باستخدام حلقة في تصاعد مستمر. يجب الحرص على عدم الإفراط في عزم الدوران في حلقة متصاعدة. ينبغي أن يكون مريح ولكن ليس ضيق.
  3. قبل توصيل الصمام الثنائي ليزر إلى العرض الحالي، تشيCK ورقة مواصفات الصمام الثنائي لأنود، الكاثود وتعيينات دبوس أرض الواقع. هذا يختلف من الصمام الثنائي لالصمام الثنائي ووضع الحالي من خلال الصمام الثنائي إلى الوراء سوف تدميره.
    1. الثنائيات الليزر هي الأجهزة ذات الجهد المنخفض، وعادة 5-10 V كحد أقصى، ويجب توخي الحذر لضمان تبرأ أي ثابت لهم. ومن الممارسات الجيدة لارتداء شريط تأريض عند التعامل مع الثنائيات وتثبيت دائرة حماية (على سبيل المثال الشكل 2) عبر دبابيس يزر ديود لمنع الفولتية العالية. الصمام الثنائي يمكن ودبابيس الأرض ينبغي أن تستند بشكل دائم واستخدام أسلاك رقيقة يمكن أن تساعد في الحد من اقتران الاهتزازات الميكانيكية.
  4. تعيين درجات الحرارة القصوى والدنيا والقصوى الصمام الثنائي وTEC الحدود الحالية على وحدة تحكم الصمام الثنائي وفقا للقيم في ورقة مواصفات الصمام الثنائي. إذا أدنى درجة حرارة التشغيل أقل من نقطة الندى للمختبر ثم استخدام الحد الأدنى من درجة حرارة 2 ° C ~ أبولقد نقطة الندى. هذا سوف تجنب التكثيف.
  5. ورقة مواصفات الصمام الثنائي وعادة ما يكون الطول الموجي مقابل الرقم درجة الحرارة في الصمام الثنائي الحالي معين. استخدام هذا الرقم كمرجع لضبط درجة الحرارة في البداية الصمام الثنائي (والحالي) لتتناسب مع طول موجة من الاهتمام. إذا درجة حرارة مقابل الطول الموجي الرسم البياني غير متوفر ضبط درجة الحرارة مجموعة إلى درجة حرارة الغرفة.
  6. تحويل وحدة تحكم في درجة الحرارة على درجة الحرارة والسماح لتحقيق الاستقرار.
  7. بدوره على الصمام الثنائي وتحويل الحالية حتى أن شعاع الانتاج يمكن ملاحظة بشكل واضح مع بطاقة العرض. استخدام بطاقة الأشعة تحت الحمراء لعرض شعاع.
  8. إدراج العدسة الموازاة شبه كروي وcollimate الصمام الثنائي ليزر عن طريق ضبط الفصل بين الثنائي والعدسة. من أجل ضمان إيزاء جيدة تأكد من شعاع لها طريقا واضحا، من الناحية المثالية> 3 م، وضبط الموقف العدسة حتى شعاع قطره فقط بعد ECDL وعند نهاية مسار الشعاع هي نفسها، ويجري التأكد من التحقق من أن ط شعاعق لا تركز في أي نقطة على طول المسار.
  9. تحقق الاستقطاب من الليزر الصمام الثنائي هو في الطائرة المطلوب للحيود صريف (S أو P). في معظم الحالات الاستقطاب من الصمام الثنائي هو طول المحور قصيرة من شكل شعاع بيضاوي الشكل وإنما هو ممارسة جيدة للتحقق من الاستقطاب المحور باستخدام شعاع الخائن الاستقطاب.
    1. إذا كان محور الحزمة ليس في الطائرة المطلوب، وتخفف من حلقة الصمام الثنائي تصاعد وتدوير الصمام الثنائي حتى يتحقق التوجه السليم. بعض التصاميم ECDL نسمح لهذا أن يتم ذلك مع الليزر على ومتصلا مصدر في الوقت الراهن والبعض الآخر لا. إذا كان يجب إزالة الأسلاك العرض الحالي لتدوير الصمام الثنائي، وإيقاف إمدادات الحالي في مربع التحكم وإزالة الأسلاك. يمكن أن تبقى على التحكم في درجة الحرارة على ECDL أثناء هذه العملية. تذكر دائما لارتداء شريط تأريض عند التعامل مع الصمام الثنائي.
    2. إذا كان من الضروري إعادة الصمام الثنائي تكرار الخطوة السابقة لrecollimate الصمام الثنائي.
  10. وعادة ما وصفت الطائرة حيود صريف من قبل الشركة المصنعة مع سهم عمودي على خطوط صريف وفي اتجاه انعكاس اشتعلت النار. مزدوجة تحقق هذا من خلال مراقبة انعكاس من مصدر ضوء واسعة النطاق، مثل مصباح كهربائي، بوصفها وظيفة من زاوية.
    1. إذا تم عقد صريف مع سهم يشير إلى الخلف نحو المراقب ومصدر الضوء واسعة النطاق على رأسه، وعلى ضوء ينعكس تغيير في لون بوصفها وظيفة من زاوية صريف.
    2. جبل صريف بحيث يشير السهم نحو العودة الى الصمام الثنائي، وبالتالي ضبط زاوية صريف يختلف الطول الموجي ينعكس مرة أخرى في الصمام الثنائي (أرقام 1A و 1B).
  11. مرة واحدة وقد تم تأكيد التوجه صريف صريف الغراء على ضبط الذراع ECDL باستخدام الإعداد السريع الغراء مثل وكتيت.

3. ملاحظات محاذاة

  1. وضع بطاقة عرض الانحياز إلى الإخراج ECDL يكونأنا. وسوف تستخدم هذه لمراقبة قوة الليزر كما يتم إجراء تعديلات على التأشير من شعاع diffracted. ويمكن أيضا أن تستخدم السلطة متر ولكن أبطأ في استجابتها.
  2. ضبط المجموعة الحالية على السيطرة على المربع الصمام الثنائي إلى أقل بقليل من عتبة الحالية لتعكس الثنائيات الوجه الأمامي و1/3 الحد الأقصى الحالي للAR المغلفة رقائق الصمام الثنائي مكاسب. سوف تعكس الثنائيات الوجه الأمامي لها عتبة الحالي على مواصفات أو بيانات ورقة في حين AR المغلفة رقائق مكاسب لا.
  3. ضبط زاوية الذراع صريف أفقيا وعموديا، لتوجيه شعاع diffracted مرة أخرى في الصمام الثنائي، مما يجعل فعال تجويف ردود الفعل الخارجية. عندما يتم توجيه شعاع ليزر ديود في سوف تكون هناك زيادة كبيرة في انتاج الطاقة، كما يمكن ملاحظتها زيادة ملحوظة أو فلاش مشرق على بطاقة عرض أو زيادة هائلة من الطاقة عندما تقاس باستخدام السلطة متر أو الثنائي الضوئي.
    1. بطاقة العرض ليس الكمية جدا قياس سويمكن رؤية و السلطة لذلك قد يكون من الضروري لخفض تدريجي ليزر ديود الحالية وتعديل شعاع ردود الفعل حتى السلوك أعلاه في التيار ادنى حد ممكن.
    2. يمكن ضبط التركيز المحوري أو موقف عدسة إيزاء لتحسين التركيز على جانب الثنائي مزيد من خفض عتبة وزيادة انتاج الطاقة وبعد ذلك سوف يكون من الضروري reoptimize زاوية صريف أفقيا ورأسيا.

4. الأولية اختيار التردد

  1. لمحاذاة التردد الأولي ليزر لقياس الطول الموجي المطلق مع دقة <1 نانومتر ومثالي <0.1 نانومتر هو المثل الاعلى. وهذا قياس التردد الخشنة يجعل من الاسهل بكثير لتوليف تردد الليزر على انتقال الذرية في خطوة لاحقة. هناك العديد من الخيارات بما في ذلك استخدام wavemeter، محلل الطيف الضوئي، مطياف، أو مستوحد اللون مع الكاميرا. تأكد من استخدام جهاز معايرة دقيقة أو تحقق لها جalibration على سبيل المثال، باستخدام الليزر HeNe. بدلا من ذلك، يمكن عادة تعديل تردد الخشنة أن يتحقق عن طريق المشي زاوية صريف والحالية في حين أن الليزر هو المسح الضوئي حتى يمكن رؤية لامتصاص أو إشارة مضان من خلية مرجعية بخار.
    1. عموما اختار شعاع الثانوية الخروج من الشعاع الرئيسي، وذلك باستخدام موشور زجاجي إسفين أو λ / 2 waveplate والاستقطاب شعاع التقسيم، وسوف تستخدم كمدخل لwavemeter. ويعتبر هذا الإعداد البصريات في الشكل 1D. الرجوع إلى قائمة المواد للمواد المستخدمة في هذه التظاهرة.
  2. ضبط ECDL حتى يتم الحصول على الطول الموجي الناتج المرغوب فيه. سوف الصمام الثنائي القيادة الحالية، ودرجة الحرارة، صريف زاوية وطول تجويف الخارجية تؤثر على جميع تردد الليزر 24 (الشكل 3).
    1. تبدأ عن طريق ضبط زاوية صريف، إما باليد أو باستخدام بيزو. ثانيا، ضبط الصمام الثنائي الحالي.
    2. إذا كان المطلوب frequeNCY هو زرقة نطاق الاجتياح صريف، ينبغي انخفضت درجة الحرارة الصمام الثنائي وبالعكس إذا كان الطول الموجي المطلوب هو الأحمر.

5. التعديلات التردد الجميلة والتردد قفل

  1. انشاء طيف الامتصاص المشبعة على الانتاج ECDL باستخدام التكوين في الشكل 1F 3،14،17. استخدام المعزل البصرية مباشرة بعد الليزر ضروري (الشكل 1C). فمن المهم لتجنب العودة إلى انعكاس الليزر، الذي يمكن أن يسبب عدم الاستقرار. المشبعة طيف الامتصاص باستخدام مرجع الخلية، التي تحتوي على ذرة من الفائدة هو طريقة بسيطة لقفل الليزر لانتقال ذرية الضيقة 25.
    1. ضمان مرجع الخلية على زاوية لتجنب العودة تأملات وأن الرجعية مرآة تعكس شعاع مرة أخرى من خلال الخلية بخار مع أقصى قدر من التداخل. يمكن رصد ضعف تمريرة نقل الطاقة باستخدام الصمام الثنائي الصورة مثل Eيتم فحص الطول الموجي CDL.
  2. فإن معظم وحدات تحكم الصمام الثنائي قد بنيت في وظيفة المسح الضوئي من شأنها أن تفحص الطول الموجي من خلال تعديل بيزو الجهد صريف، وبالتالي زاوية صريف وطول تجويف خارجي أو عن طريق تحوير الصمام الثنائي الحالي. عرض والمسح الضوئي تعويض ولابد من تعديل درجة حرارة الليزر والحالية حتى يمكن أن ينظر إليها إشارة الامتصاص على نطاق متصلة للكشف عن الصورة. عندما ليزر المسح على الانتقال الذرية ينبغي أن يكون من الممكن أن نرى مسار شعاع الليزر في يتألق خلية بخار أو وميض بالعين المجردة أو من خلال المشاهد الأشعة تحت الحمراء.
  3. يجب أن تكون قوة في وحدة المساحة في شعاع مرجعية لالمشبعة طيف الامتصاص عند أو فوق شدة التشبع للانتقال ذرية. استخدام لوحة الموجة λ / 2 قبل شعاع الخائن الاستقطاب لزيادة الطاقة حتى يمكن رؤية إشارة واضحة امتصاص. حسابات شدة التشبع يمكن العثور عليها في القدم 16.
  4. مع المسح بالليزر على مدى نانومتر الانتقال الذرية الروبيديوم 780، وينبغي أن ينظر دوبلر واسعة وسع إشارة الامتصاص، ~ 5 عرض غيغاهرتز، مع العديد من التحولات الحادة ~ 10 ميغاهيرتز أحرقت في القدم 16 (الشكل 4). التقليل من الطاقة المستخدمة لتوليد إشارة امتصاص المشبعة هو ضروري للحد من توسيع السلطة وتنتج ميزة أكثر وضوحا لقفل ل.
  5. من أجل تأمين وتيرة ECDL، هناك حاجة إلى إشارة خطأ. عن طريق وضع لفائف حول الخلية المرجعية كما في الشكل 5 10 وتتأرجح المجال المغناطيسي، والتضمين مستويات زيمان، وبالتالي ترددات من التحولات. في هذه الحالة يتم التضمين مرور الحالي من خلال اللفات زيمان في حوالي 250 كيلو هرتز بلغت قوته 1 ~ G.
  6. مزج إشارة الامتصاص من امتصاص كاشف الصورة المشبعة مع إشارة التشكيل من المولد وظيفة. عندما يتم عرض الإخراج من خلاط على نطاق يجب أن يكون الاشتراكية إشارة خطأmilar إلى الشكل 4. إن حجم إشارة الخطأ سوف تعتمد على مرحلة النسبية بين اثنين من إشارات متضاربة. تدوير شعاع الخائن λ / 4 قبل الخلية بخار لضبط المرحلة.
  7. تدريجيا خفض تفحص نطاق وضبط إزاحة إلى مركز الفحص على التحول من الاهتمام مع عدم وجود التحولات الأخرى الموجودة.
  8. A-النسبي لا يتجزأ المشتقة (PID) الدائرة (انظر على سبيل المثال حصباء وآخرون. 3) يجوز عندئذ أن تستخدم لقفل الطول الموجي ECDL باستخدام إشارة خطأ. ينبغي خفض مكاسب PID أدناه النقطة التي لوحظ رنين من خلال البحث عن وجود تعديل في إشارة خطأ (على سبيل المثال باستخدام محلل الطيف أو تحويل فورييه من التتبع إشارة خطأ).

6. القياس Linewidth

  1. من أجل تحقيق وقياس linewidth دقيقة فمن الضروري أن يكون إما مصدرا linewidth الضيقة المعروفة (ليزر آخر مع لترinewidth أقل بكثير من ECDL)، وهما من نفس ECDLs أو خط التأخير الطويل مقارنة مع طول تماسك ECDL. هنا سوف يتدخل اثنين ECDLs لقياس linewidth. بدلا من ذلك، قد يكون من الأسهل لقفل لصدى تنتجها انتقال ذرية أو تجويف فابري بيرو ومناسبا لضوضاء أعلى من عرض النطاق الترددي للحلقة قفل.
  2. قفل الليزر اثنين إلى التحولات فائق الدقة مختلفة، من الناحية المثالية حوالي 100 ميغاهيرتز الإزاحة. وهذا تقليل تأثير الضوضاء الإلكترونية.
  3. وضع والسلطة والاستقطاب تطابق شعاعين وتتداخل معا باستخدام 50/50، nonpolarizing شعاع الخائن. محاذاة شعاع الناتجة على جهاز الكشف عن الصورة. يجب أن يكون الإخراج إشارة على كشف الصورة موجة جيبية مع تواتر تردد الليزر اثنين من الإزاحة. قد يكون من الضروري للتخفيف أو يزيل التباؤر شعاع الناتجة حتى لا تتلف أو تشبع الثنائي الضوئي.
    1. سوف تداخل اثنين من الحزم الضرب تحديد هامش تابعراست كما شوهدت على نطاق خلال قياس linewidth. إذا كان المقابل هو هامش الفقراء، وقضاء وقت إضافي تحسين الوضع مطابقة والتداخل من الحزم على الخائن شعاع وكاشف. وهناك طريقة جيدة لتداخل شعاعين باستخدام اثنين من قزحية '، أو ثقوب دبوس، مفصولة مسافة كبيرة نسبيا، ~ 1 م.
  4. سيكون من الصعب حل تقلبات تردد على نطاق. للحصول على أفضل قياس استخدام محلل الطيف، والتي سوف تعطي لمحة فويت تركزت على وتيرة ضربات مع linewidth و Δ، أي ما يعادل linewidth الليزر convolved (الشكل 6). لتقريب جيد التتبع يمكن أن يكون لائقا لجاوس وlinewidth الحصول عليها من يصلح. فإن الضوضاء قياس أو linewidth تعتمد على الاستحواذ أو الاندماج الوقت الذي قد يتم تعيين من خلال تعديل القرار عرض النطاق الترددي على تحليل الطيف. لهذا السبب من المهم أن أقتبس مرة تكامل عندما نقلا عن مlinewidth easured.

Representative Results

هناك 5 خطوات رئيسية تشارك في مواءمة، قفل تردد وتميز linewidth من ECDL. وهذه هي: الحصول على التغذية المرتدة من صريف واستخدام هذا لضبط تردد ECDL الخشنة يقاس على wavemeter، ومراقبة امتصاص الليزر في الخلية المرجعية، وعرض الانتقال الذرية مع قرار حول linewidth الطبيعية في الإعداد المشبعة امتصاص الطيفي، الحصول على إشارة خطأ حول التحول المطلوب وتأمين لها، ومراقبة أخيرا فازت علما اثنين من أشعة الليزر وقياس linewidth الليزر. اكتمال خطوة واحدة بنجاح، مسلي إلى حد ما عند الطول الموجي للقراءة على wavemeter يتوافق مع انتقال ذرية من الفائدة. عند محاولة تحقيق الاستيعاب في الخلية المرجعية، ويمكن رؤية الإزهار على طول مسار الشعاع في الخلية مع المشاهد الأشعة تحت الحمراء عند ضرب التحول. إذا كان ECDL يتم تفحص الخلية وميض. قد يكون من الصعب إشارة امتصاص المشبعة إلى بقعة عرج ن مواءمة أولا لأن خطوط النقل قد تكون صغيرة جدا بالمقارنة مع ذروة امتصاص دوبلر. عندما القمم، على غرار تلك التي تظهر في الشكل 4، ويمكن أن ينظر إليه، ونظام امتصاص المشبعة تعمل بشكل صحيح. عن طريق ضبط مرحلة المسح والمعلمات ينبغي الحصول على إشارة خطأ مشابهة لما هو موضح في الشكل (4). من أجل قياس linewidth ECDL فمن الضروري الحصول على إشارة ضربات بين شعاعين. كما أصبح الحزم أكثر وأكثر تتداخل ستبدأ موجة جيبية لتظهر، كما رأينا على نطاق من كاشف الصورة. الحفاظ على التوفيق حتى التناقض بين العقد والعقد المضادة للهو أكبر. عندما يتم تمرير إشارة ثم فاز من خلال تحليل الطيف الإلكترونية إشارة مماثلة إلى الشكل 6 ينبغي أن ينظر إليه. يمكن قياس linewidth الليزر من هذه الإشارة. يمكن أن ينظر إلى الإعداد البصريات كاملة في الشكل 1.

</ HTML"الشكل 1" لل: محتوى العرض = "5IN" FO: SRC = "/ files/ftp_upload/51184/51184fig1highres.jpg" سرك = "/ files/ftp_upload/51184/51184fig1.jpg" />
. الرقم 1 البصريات كاملة الإعداد وهذا مثال من الإعداد البصريات كاملة لنظام ECDL ناقش ج: هذا يدل على التكوين Littrow من ECDL. وهناك نسبة diffracted، وعادة 20-30٪ من الحادث شعاع على صريف مرة أخرى في الصمام الثنائي. زاوية الحيود وزاوية انعكاس متساوية. هي التي شنت صريف إلى مرحلة ضبط والذي يستخدم بيزو للسيطرة على زاوية صريف B: شعاع الناتج من ليزر ديود هو حادث على صريف في زاوية θ مع النظام 0 المنعكس وحيود 1 شارع أجل إعادتهم على طول مسار شعاع الحادث. ونظرا لطول موجة الضوء diffracted التي كتبها λ = 2 د (θ) الخطيئة في التكوين Littrow C: الموضع، وتوجه بصريolator للحد من ردود الفعل غير المرغوب فيه ليزر ديود D: شعاع خرج من مربع الليزر يمر عبر waveplate λ / 2 وبرنامج تلفزيوني ويتم محاذاة إلى wavemeter. السلطة في الحزم وينعكس تنتقل يمكن تعديلها عن طريق تناوب waveplate E: خط الشعاع يستخدم لتجربة. سيحتوي هذا الخط غالبية قوة الليزر F: تمرير شعاع المرجعية عند أو فوق شدة التشبع من خلال برنامج تلفزيوني، λ / 4 waveplate، خلية الغاز المرجعية، والرجعية تعكس مرة أخرى على برنامج تلفزيوني. من المهم أن شعاعين وتتداخل بشكل جيد للحصول على التحليل الطيفي التشبع المناسبة. سوف waveplate ضمان استقطاب الضوء على سيتم استدارة 90 درجة من شعاع الحادث والسماح لها للخروج من الميناء الآخر من الخائن شعاع الرجعية ينعكس شعاع. انقر هنا لعرض أكبر ايماجه.

الرقم 2
والرقم 2. يزر دائرة حماية الصمام الثنائي. مثال دائرة حماية ليزر ديود الحالية. R 1 و 1 C شكل دائرة RC الأساسية وتصفية الضوضاء عالية التردد. D 1 و D 2 هي شوتكي والثنائيات زينر على التوالي. الصمام الثنائي شوتكي، والذي لديه وقت استجابة سريع، هو في مكان للحماية ضد الفولتية العكسي، والصمام الثنائي زينر، والذي لديه الوقت للاستجابة أبطأ، صمم للسماح لتمرير الحالية إذا أعلى من الثنائيات الليزر أقصى الجهد التشغيل، وبالتالي تجنب الأضرار التي لحقت ديود ليزر. سوف القيم النموذجية للمكونات تكون R 1 = 1 Ω، C 1 = 1 MF، D 1 = 30 V، D 2 = 6 خامسا القيم المختارة لR1 و C1 سوف تحد من عرض النطاق الترددي التشكيل الحالي للديود. وهذا قد يكون أقل منمثالية إذا كان يتم إنتاج إشارة الخطأ عبر تعديل الحالي بدلا من التشكيل زيمان مناقشتها.

الرقم 3
. الرقم 3 المتنافسة وسائط في ECDL الأخضر:. العرض خط صريف أجل حيود ≈ 50 غيغاهرتز تبعا لصريف الأحمر الصلبة: وضع تجويف داخلي ليزر ديود مع خط عرض 10 ميغاهيرتز و≈ المدى الطيفي حرة ≈ 80 غيغاهرتز . اندفاعة الأحمر: إن التجويف الداخلي من الصمام الثنائي المغلفة المضادة للانعكاس. وهذه الثنائيات لديها عرض الخط في نطاق نانومتر الأزرق: وسائط تجويف الخارجية مع عرض الخط من 500 كيلو هرتز ≈ والمدى الطيفي خالية من ≈ 5 غيغاهرتز. من تجويف الخارجية 3 سم طويلة. سوف ضبط زاوية صريف تحويل مركز المنحنى الأخضر والاشتراكية multaneously تغيير طول تجويف الخارجية بدورها تحول منحنى الأزرق أيضا. سوف التكيف للتيار الصمام الثنائي ودرجة الحرارة تحويل المنحنيات الحمراء.

الرقم 4

. الرقم 4 المشبعة طيف الامتصاص والمقابلة إشارة خطأ للالروبيديوم 87 المنحنى السفلى: قمم امتصاص المشبعة على قمة امتصاص دوبلر أوسع بكثير تشكلت من دوبلر الطيفي الحرة. المنحنى العلوي: إشارة خطأ لنظام امتصاص المشبعة المقابلة. التسميات أعلاه إشارة خطأ تتوافق مع التحول الذري (F → F ').

JPG "/>

ملفوفة الرقم 5. زيمان لفائف. لفائف حول خلية بخار الروبيديوم المستخدمة في التشكيل زيمان.

الرقم 6
الرقم 6. linewidth الليزر. المكتسبة إشارة من محلل الطيف من المذكرة نبض شكلت من قبل اثنين من الليزر مماثلة. من هذا الرقم، وفاز لديه تردد 206.24 ميغاهيرتز وlinewidth من 0.3 ميغاهرتز مع الوقت التكامل من 20 ميللي ثانية.

</ آر>
الضوابط الحالية نطاق ضجيج
ثور مختبرات:
LDC200CV 0-20 مللي أمبير <1 أمبير (10 هرتز -10 ميغاهرتز)
LDC201CU 0-100 مللي أمبير <0.2 أمبير (10 هرتز -10 ميغاهرتز)
LDC202C 0-200 مللي أمبير <1.5 أمبير (10 هرتز -1 ميجا هرتز)
LDC205C 0-500 مللي أمبير <3 أمبير (10 هرتز -1 ميجا هرتز)
Moglabs:
DLC-202 0-200 مللي أمبير <300 السلطة الفلسطينية / √ هرتز
0-250 مللي أمبير <300 السلطة الفلسطينية / √ هرتز
DLC-502 0-500 مللي أمبير <300 السلطة الفلسطينية / √ هرتز
ستانفورد نظم البحوث:
LDC500 0-100 مللي أمبير <0.9 أمبير RMS (10 هرتز -1 ميجا هرتز)
LDC501 0-500 مللي أمبير <4.5 أمبير RMS (10 هرتز -1 ميجا هرتز)
Toptica:
DCC 110/100 0-100 مللي أمبير 200 غ RMS (5 هرتز، 1 ميغاهيرتز)
DCC 110/500 0-500 مللي أمبير 1 أمبير RMS (5 هرتز، 1 ميغاهيرتز)
تحكم في درجة الحرارة
ثور مختبرات:
TED200C -45 إلى 145 درجة مئوية ± 2 مللي كلفن
Moglabs:
DLC-202 -40 إلى 50 درجة مئوية ± 5 كلفن
DLC-252 -40 إلى 50 درجة مئوية ± 5 كلفن
DLC-502 -40 إلى 50 درجة مئوية ± 5 كلفن
ستانفورد نظم البحوث:
LDC500 -55 إلى 150 درجة مئوية ± 2 مللي كلفن
LDC501 -55 إلى 150 درجة مئوية ± 2 مللي كلفن
Toptica:
DTC 110 0-50 درجة مئوية ± 2 مللي كلفن

الجدول 1. ديود الحالي وتحكم في درجة الحرارة. الصمام الثنائي الحالي ودرجة الحرارة وحدات تحكم الشركات متعددة 'مع نطاقاتها ومستويات الضوضاء.

Discussion

وقد أظهرت هذه النشرة كيفية الانتقال من ECDL تفكيكها من خلال المواءمة والتردد قفل لإنتاج قياس linewidth الليزر. التصميم الميكانيكي وتصميم الالكترونيات مثل الماكينات PID، والسائقين الصمام الثنائي وتحكم في درجة الحرارة وهي متخصصة جدا بحيث لا يمكن مناقشتها هنا ولكن لم يتم مناقشتها بشكل شامل في المنشورات المشار إليها 1،3،5.

على الرغم من ECDL الصمام الثنائي أصبحت عنصرا أساسيا في مختبرات الفيزياء الذرية، والأنواع والتحولات التي يمكن أن تصل إلى هذه تستنبط محدودة. وقد أحرز تقدم كبير في توسيع نطاق الطول الموجي من الصمام الثنائي ليزر مقرها لكن حاليا لا تزال العديد من الثغرات خاصة في الأشعة فوق البنفسجية. قيود السلطة نظم ECDL مواصلة تقييد طلباتهم. العارية الثنائيات وضع واحد في السلطة تتراوح من μWatts إلى 100 من mWatts. بالإضافة إلى ذلك، ومكبرات الصوت مدبب يمكن أن تضاف إلى نظام ECDL لزيادة وضع واحد مجموع قوة الليزريصل إلى مستوى وات. إذا كانت هناك حاجة القوى وضع واحد أكبر بكثير من مجرد وات أو موجات أخرى مطلوبة ليزر أبنية بديلة. وتشمل هذه الليزر الألياف 26، 27 ليزر الحالة الصلبة مثل الليزر TiSaph أو أنها قد تعتمد على تحويل التردد غير الخطية بمعالجة 27 مثل ليزر رامان، وأربعة موجة خلط، وتوليد التردد المبلغ، أو مذبذب حدودي البصرية.

ويركز هذا المنشور على آلية تأمين التي تعتمد على خلية بخار ذرية. للعديد من التطبيقات في الفيزياء الذرية خلية بخار الزجاج بسيطة، كما نوقش هنا، قد لا تكون متاحة، وهذا هو الحال بالنسبة لبعض الأنواع مثل الإيتيربيوم. أثبتت تقنيات أخرى كثيرة للحصول على عينة مرجعية مع مجموعة متنوعة من الأنواع مثل، والحزم الساخنة الذرية، ومصابيح التفريغ، وخلايا الغاز العازلة، خلايا اليود، والخلايا الاخرق.

هذا التصميم نظام ليزر يقتصر بطبيعتها لlinewidths من 30 كيلو هرتز ≈ 28 وعادة أقرب إلى 100 ​​كيلوهرتز. إذا كان التطبيق يتطلب أضيق linewidth تقنيات الاستقرار الأخرى أو التصاميم الليزر البديلة المطلوبة 26.

كلما العمل مع النظم البصرية، والنظافة هي من الأهمية بمكان. ومن الممارسات الجيدة عند أول يجري إدخالها إلى والبصريات بأن ارتداء القفازات لمنع ملامسة السطح البصري المناولة. إذا تم خدش والبصرية أنه لا ينبغي أن تستخدم في نظام ليزر. في معظم الحالات يمكن تنظيفها البصريات مع بصمات الاصابع أو الغبار مع الأسيتون أو الهواء المضغوط على التوالي. أي نقص في سطح البصرية يمكن وسوف أعرض فقدان ويحتمل أن تكون الضوضاء في النظام. ينبغي أن تكون ثابتة يتصاعد البصريات على مقاعد البدلاء البصريات في جميع الأوقات، وينبغي أن انسحب بقوة لأسفل مرة واحدة في المكان.

عند محاذاة البصريات مثل waveplates وشق شعاع الاستقطاب، وضمان ضوء الحادث بالقرب عمودي على سطح الضوئية بينما الشرطة السريةiding انعكاسات مرة أخرى في الليزر. كما ينحرف زاوية الحادث من 90 ° سلوك هذه العناصر البصرية يصبح أكثر وأكثر عن المثالية. للحد من انحراف وتعظيم الحزم الفتحة العددية يجب دائما من خلال مركز العدسات وتكون طبيعية من العدسة. في المقابل، ينبغي أن توضع خلية بخار في زاوية طفيف لشعاع الحادث لتجنب الآثار ETALON. لهذا السبب يتم تصنيع خلايا بخار مع العديد من جوانب نهاية غير متوازي.

الليزر المستخدمة هنا هي فئة 3B. حتى الأفكار الضالة لديها القدرة على الأضرار التي تصيب العين. العمل مع ليزر من هذا النوع يجب فقط أن يضطلع بها الأفراد المدربين على دراية بمخاطر الليزر. وينبغي ارتداء نظارات السلامة الليزر في جميع الأوقات. لم تنظر مباشرة في طريق أي ليزر لالمحاذاة البصرية وتولي عناية خاصة لتجنب توليد انعكاسات المرآة الخطرة من المكونات البصرية. إنهاء دائما إيجابيا خطوط شعاع باليودنانوغرام تفريغ شعاع.

Disclosures

والكتاب ليس لديهم ما يكشف. المنتجات والشركات الخاصة الاستشهادات هي لغرض التوضيح فقط ويست مصادقة من قبل المؤلفين.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Wieman, C. E., Hollberg, L. Using diode lasers for Atomic physics. Rev. Sci. Instrum. 62 (1), 1-20 (1991).
  2. Camparo, J. C. The diode laser in atomic physics. Cont. Phys. 26 (5), 443-477 (1985).
  3. MacAdam, K. B., Steinbach, A., Wieman, C. A narrowband tunable diode laser system with grating feedback, and a saturated absorption spectrometer for Cs and Rb. Am. J. Phys. 60, 1098 (1992).
  4. Steck, D. A. Rubidium 87 D line data. Los Alamos National Laboratory. , 1-29 (2001).
  5. Ricci, L., Weidemuller, M., Esslinger, T., Hemmerich, A., Zimmermann, C., Vuletic, V., Konig, W., Hansch, T. W. A compact grating-stabilized diode laser system for atomic physics. Opt. Commun. 117, 541-549 (1995).
  6. Zorabedian, P., Trutna, W. R. Jr Interference-filter-tuned, alignment-stabilized, semiconductor external-cavity laser. Opt. Lett. 13, 826-828 (1988).
  7. Hawthorn, C. J., Weber, K. P., Scholten, R. E. Littrow configuration tunable external cavity diode laser with fixed direction output beam. Rev. Sci. Inst. 72 (12), 4477-4479 (2001).
  8. Nilse, L., Davies, H. J., Adams, C. S. Synchronous tuning of extended cavity diode lasers: the case for an optimum pivot point. Appl. Opt. 38 (3), 548-553 (1999).
  9. Park, S. E., Kwon, T. Y., Shin, E., Lee, H. S. A Compact Extended-Cavity Diode Laser With a Littman Configuration. IEEE Trans. Inst. Meas. 52 (2), 280-283 (2003).
  10. Black, E. D. An introduction to Pound-Drever-Hall laser frequency stabilization. Am. J. Phys. 69 (1), 79-87 (2001).
  11. Shaddock, D. A., Gray, M. B., McClelland, D. E. Frequency locking a laser to an optical cavity by use of spatial mode interference. Opt. Lett. 24, 1499-1501 (1999).
  12. Corwin, K. L., Lu, Z. T., Hand, C. F., Epstein, R. J., Wieman, C. E. Frequency-stabilized diode laser with the Zeeman shift in an atomic vapor. Appl. Opt. 37 (15), 3295-3298 (1998).
  13. Schmidt, O., Knaak, K. -M., Mesche de Wynands, R. D. Cesium saturation spectroscopy revisited: How to reverse peaks and observe narrow resonances. Appl. Phys. B. 59, 167-178 (1994).
  14. Robins, N. P., Slagmolen, B. J. J., Shaddock, D. A., Close, J. D., Gray, M. B. Interferometric, modulation-free laser stabilization. Opt. Lett. 27, 1905-1907 (2002).
  15. Budker, D., Kimball, D. F., Demille, D. P. Atomic Phyisics. , Oxford. (2004).
  16. Foot, C. J. Atomic Physics. , Oxford. (2005).
  17. Haus, H. A. Electronic Noise and Qunatum Optical Measurements. , Springer. (2000).
  18. Okoshi, T., Kikuchi, K., Nakayama, A. Novel method for high resolution measurement of laser output spectrum. Electronics Lett. 16 (16), 630-631 (1980).
  19. Ludvigsen, H., Tossavainen, M., Kaivola, M. Laser linewidth measurements using self-homodyne detection with short delay. Opt. Commun. 155, 180-186 (1998).
  20. Optics Hecht, E. , 4th, Addison Wesley. (2002).
  21. Arnold, A. S., Wilson, J. S., Boshier, M. G. A simple extended-cavity diode laser. Rev. Sci. Instrum. 69, 1236 (1998).
  22. Loh, H., Lin, Y., Teper, I., Cetina, M., Simon, J., Thompson, J. K., Vuletic, V. Influence of grating parameters on the linewidths of external-cavity diode lasers. Appl. Opt. 45 (36), 9191-9197 (2006).
  23. Rao, G. N., Reddy, M. N., Hecht, E. Atomic hyperfine structure studies using temperature/current tuning of diode lasers: An undergraduate experiment. Am. J. Phys. 66 (8), 702-712 (1998).
  24. Sane, S. S., Bennetts, S., Debs, J. E., Kuhn, C. C. N., McDonald, G. D., Altin, P. A., Close, J. D., Robins, N. P. 11W narrow linewidth laser source at 780 nm for laser cooling and manipulation of Rubidium. Opt. Express. 20, 8915-8919 (2012).
  25. Koechner, W. Solid-State Laser Engineering. , 5th edition, Springer. (1999).
  26. Saliba, S. D., Scholten, R. E. Linewidths below 100 kHz with externalcavity diode lasers. Appl. Opt. 48 (36), 6961-6966 (2009).

Tags

الفيزياء، العدد 86، تجويف الخارجية ديود ليزر، التحليل الطيفي الذري والتبريد الليزر، بوس آينشتاين التكثيف، زيمان التشكيل
البناء وتوصيف الخارجية تجويف ديود ليزر للفيزياء الذرية
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter