掺饵光纤光梳的研制

【作者】 张爽； 黄煜； 周敏； 徐信业；

【机构】 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室和物理系；

【摘要】 冷镱原子光钟是近年来国际原子频标研究领域的热点,镱原子需要经过399nm磁光阱一级激光冷却和556nm磁光阱二级激光冷却并装载至光晶格来探测光钟的钟跃迁线。为了获得高信噪比的冷镱原子钟跃迁谱,需要采用归一化探测的方法,即使用649nm&770nm抽运光将寿命较长的3PO态原子抽运回到基态。为了获得稳定高效的抽运效率,649nm&770nm激光频率的稳定就显得非常重要。而我们知道光学频率梳提供高分辨率、高精度、高精度的频率标准。特别是光纤光梳,具有体积小、集成度高、易于维护、自锁模、运行成本低等一系列优势。因此决定利用其优势将649nm&770nm连续激光器同时锁定在光梳上以达到稳频效果。所研制的掺饵光纤光梳系统由四部分构成:锁模脉冲光纤激光器、光纤放大器、电子电路反馈系统以及f-2f干涉系统这几个部分组成。其中:锁模脉冲部分使用的技术是非线性偏振旋转锁模（NPR）。非线性偏振旋转锁模光纤激光器的锁模原理是非线性双折射效应:当脉冲的两正交偏振分量在光纤中传输时,自相位调制（SPM）效应和交叉相位调制（XPM）效应将引起强度依赖的偏振态变化。其实这种锁模技术本质是用两正交偏振分量这两束传播方向相反的光在这个非线性放大环形腔内完成一次环行时,将会得到不同的非线性位移,且其相位差是不是常数而是随着脉冲功率变化的,通过类似饱和吸收体的作用效果最终从非线性放大镜输出的脉冲会比初始时窄。光纤放大器采用的是啁啾脉冲放大技术（CPA）。实验中选择我们选择色散补偿光纤DCF38作为展宽器,该光纤在1550hm处的二阶群速度色散为+48.8ps²/km,脉冲经过展宽放大后,在压缩阶段可以使用普通的单模光纤,与DCF38二阶色散相反。本文我们采用双向泵浦的方式。信号光与泵浦光传输方向相同的为同向泵浦,相反的为反向泵浦。其中同向泵浦的噪声抑制较好但是泵浦效率较低,而反向泵浦的泵浦效率较高但噪声性能较差。电子反馈电路主要应用于重复频率f_r的锁定。利用压电陶瓷（PZT）对谐振腔腔长的控制。因为重复频率信号中存在高次谐波,因此通过低通滤波器将它的高次谐波去除,这样留下低频信号送入混频器（mixer）中和参考频率信号进行拍频,从而得到两信号间的误差信号,通过优化的PID电路处理后,输出产生驱动电压,将电压反馈给谐振腔内的压电陶瓷,从而完成对腔长的动态调制。这样重复频率便得到了稳定。自行研究的掺铒光纤激光器,在其锁模状态稳定的情况下,它的重复频率通过测得到为64.4MHz。f-2f干涉系统目前正在实验阶段,还没有将装置研制成功。这部分主要作用是实现整个系统频偏零频f₀的测量以及锁定,目前主要的想法是利用倍频晶体对输出激光的倍频与其相应波段拍频最终在APD上获得零频信号。更多还原