两台半导体激光器相位锁定的实验研究

【作者】 周敏； 张晓航； 徐艺琳； 李上彦； 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】 在冷原子物理和量子光学等众多领域中,需要使用很多频率稳定、位相差固定的激光。当两激光的频差在几百MHz范围时,利用同一激光源经过声光或电光调制器就可获得两相干光源。但当频差大于几百MHz甚至到几个GHz时,则需要使用独立的两台激光器,此时可使用光学锁相环对它们进行相位锁定,称为光学相位锁定。光学相位锁定的方法包括模拟光锁相[1]、数字光锁相[2]以及模拟数字混合式光锁相[3]等。考虑到锁相方案的可靠性及简易性,我们采用数字光锁相的方法对两台399nm半导体激光器相位进行锁定。首先将第一台激光器经过调制转移光谱技术锁定于¹⁷¹Yb的¹S₀-¹P₁的399nm跃迁线上[4],然后再将两台激光器的拍频信号送至数字鉴频鉴相器ADF4007中,设置好其内部分频比N=16,将外部信号源参考频率设定为40MHz。当拍频信号频率偏离320MHz时,鉴频鉴相器工作在鉴频模式。当拍频信号频率接近320MHz时,鉴频鉴相器开始自动进入鉴频模式,输出信号与位相差成线性关系。输出信号再经过相应的电压偏置后获得真正的误差信号,分别送至慢快两路反馈,一路经过低通滤波至半导体激光器PZT作为慢反馈,另一路经位相提前至半导体FET作为快反馈。最后获得了稳定频差为320MHz的两台激光源。实验中发现:即使暂时挡住拍频光,或者第一台激光器失锁并及时回锁,锁相也能快速恢复;第一台激光器未锁频时,两台激光器将同步漂移;一定范围调节外部参考频率时,锁相环不失锁并且拍频信号的频率同步跟随。这说明数字锁相环具有较大的动态捕捉范围和较佳的扫频性能。在此基础上,我们也将对两台556nm激光器进行频差⁶GHz的位相锁定,为冷镱原子自旋极化实验准备相干光源。更多还原