1 海南师范大学物理与电子工程学院海南省激光技术与光电子功能材料重点实验室，半导体激光海南省国际联合研究中心，海南 海口 571158
2 新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院，新加坡 639798
3 新加坡南洋理工大学淡马锡实验室，新加坡 637553
4 中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室，北京 100083
5 长春理工大学高功率半导体激光器国家重点实验室，吉林 长春 130022
2 μm波长附近可调谐半导体激光器在分子光谱学和光通信领域中有广阔的应用前景。基于绝缘体上硅（SOI）平台，对2 μm波长附近可调谐半导体激光器的外腔部分进行了设计优化。分析了不同尺寸光波导的模式损耗特性、单个微环谐振腔受总线波导耦合间距的作用以及总线波导光反馈终端对外腔半导体激光器性能的影响。并提出了一种具有高工艺兼容度的多模环形光波导光反馈结构。所设计的可调谐半导体激光器硅基外腔可通过环形波导上的镍铬合金微加热器进行0.1 nm/K的高精度调谐，对单个微加热器施加3.2 V电压时，调谐范围可达66 nm（1967~2033 nm）。
硅光集成 可调谐外腔半导体激光器 环形谐振腔 光波导终端
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
通过调制转移光谱稳频的方式，将外腔半导体激光器频率锁定于87Rb原子D2线超精细跃迁52S1/2，F=2→52P3/2，F=3，使激光器线宽由自由运转的382.18 kHz压窄至稳频后的37.94 kHz。稳频后的窄线宽激光用于积分球冷原子钟的探测光，可以将激光频率噪声对原子钟短期稳定度的影响降低至5.6×10-14 τ-1/2。
激光器与激光光学 调制转移光谱 激光稳频 外腔半导体激光器 积分球冷原子钟 频率稳定度 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1514008
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics and Photoelectric Engineering, Taiji Laboratory for Gravitational Wave Universe, Key Laboratory of Gravitational Wave Precision Measurement of Zhejiang Province, Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou 310024, China
2 Key Laboratory of Space Active Opto-Electronics Technology, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200083, China
3 Key Laboratory of Time and Frequency Primary Standards, National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China
4 School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A hertz-linewidth ultra-stable laser (USL), which will be used to detect the clock transition line, in a strontium optical clock will be launched into the China Space Station (CSS) in late 2022. As the core of the USL, an interference-filter-based external-cavity diode laser (IF-ECDL) was developed. The IF-ECDL has a compact, stable, and environmentally insensitive design. Performances of the IF-ECDL are presented. The developed IF-ECDL can pass the aerospace environmental tests, indicating that the IF-ECDL can be suitable for space missions in the CSS.
external-cavity diode laser interference filter space application Chinese Optics Letters
2022, 20(2): 021407
1 兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室, 甘肃 兰州 730000
2 浙江大学物理学系光学研究所, 浙江 杭州 310027
为研究半导体激光器锁频系统的环境适应性,所采用的锁频方案是基于饱和吸收光谱的调制解调技术。分析了三种典型的锁频光路方案:消多普勒锁频(DFL)光路,原子气室端面反射锁频(CRL)光路以及反射镜增反锁频(MRL)光路。这三种方案均采用锁定调节模块进行光放大,通过调制解调技术将激光器锁定在饱和吸收峰上。在锁频基础上,利用声光调制器产生激光冷却原子实验中冷却光所需的激光频率。通过改变温度、振动频率和振动幅度等环境参数,测试了三种激光器锁频光路的频率稳定性,并讨论了每种方案的环境耐受性。实验结果表明,DFL方案的温度耐受性和抗振动干扰是最好的,CRL和MRL方案次之,说明DFL方案更适于复杂工作环境。然而,CRL和MRL方案可简化光路、缩小光路尺寸,便于激光单元的小型化和集成化。
激光器 外腔式半导体激光器 饱和吸收光谱 频率锁定 环境适应性 中国激光
2021, 48(23): 2301002
1 浙江大学物理学系, 浙江 杭州 310027
2 浙江大学先进技术研究院, 浙江 杭州 310027
利用光学注入锁定制备的拉曼激光可以用于原子干涉仪。为解决原子干涉条纹的相位受相位噪声的极大影响的问题,研究了不同实验条件下的拉曼激光相位噪声。采用光纤电光调制(EOM)和注入锁定相结合的方法得到两束频差为6.834 GHz的相位锁定拉曼激光,将主激光通过光纤EOM移频 6.834 GHz后作为种子光注入到从外腔半导体激光器,调节从激光器,获得-1级移频光的初步放大激光。结果显示,拉曼激光的拍频线宽不大于3 Hz,频率可调范围为300 MHz,主激光锁频下相位噪声在10 Hz~100 kHz范围内低于-60 dBc/Hz。
激光器 电光调制 外腔半导体激光器 注入锁定 拉曼激光 相位噪声 激光与光电子学进展
2019, 56(21): 212202
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西大学光电研究所,山西 太原 030006
2 极端光学协同创新中心,山西大学,山西 太原 030006
3 极端光学协同创新中心,山西大学,山西 太原 030006:
外腔半导体激光器是激光光谱学、原子物理学及量子光学领域广泛应用的光源。本文介绍我们研制的利用超窄带宽滤光片作为激光纵模选择元件且反馈量可变的猫眼型852 nm外腔半导体激光器(IF-ECDL)。旋转窄带滤光片的角度，激光波长粗调范围为14 nm。利用光纤延时自差拍法测量了窄带滤光片外腔半导体激光器的线宽，单滤光片进行选频的IF-ECDL线宽约为211 kHz,双滤光片情形的IF-ECDL线宽约为187 kHz。激光频率连续调谐范围大于1.5 GHz，获得了铯原子D2线的两组饱和吸收光谱。所研制的IF-ECDL可应用于精密光谱测量、光通信、激光冷却与俘获铯原子等方面。
窄带滤光片 外腔反馈半导体激光器 纵模调谐范围 线宽 narrow-bandwidth filter external-cavity diode laser frequency tunable range linewidth
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
实现了一种基于数字信号处理(DSP)技术的外腔半导体激光器的自动稳频装置。该自动稳频装置以铷原子的饱和吸收谱线作为频率参考,采用调制解调技术得到稳频所需的鉴频信号。激光自动稳频装置通过模数转换器以固定的速率不间断地采集饱和吸收信号和鉴频信号,由DSP芯片对采集到的数字信号进行处理和分析。DSP 芯片利用通用输入输出端口控制调制信号的开关状态,通过数模转换器控制激光频率扫描以及输出数字反馈。利用所述的激光稳频技术不仅实现了外腔半导体激光器自动稳频,而且能够实时评估激光器的锁定情况,在激光器失锁后及时重新锁定,提高了激光器的长期运行能力。最后,将使用自动稳频技术的激光器应用于空间冷原子钟原理样机地面实验中,该稳频激光可以满足相关科学实验的需求。
激光器 激光稳频 自动控制 外腔半导体激光器 饱和吸收光谱
北京长城计量测试技术研究所 计量与校准技术国防科技重点实验室, 北京 100095
在铷原子气室中实现了饱和吸收谱稳频法和消多普勒的双色谱稳频法, 以给在建的原子干涉重力仪系统选择合适的激光稳频方法。介绍了两种稳频方法的基本原理及实验细节。通过调整光路设计、自制低噪声光电探测器以及应用数字锁定模块, 获得了良好的鉴频误差信号。每种方法都搭建了两套稳频系统并在3 000 s采集时间内保持锁定。激光器在经饱和吸收法和消多普勒双色谱法锁定后, 激光频率波动分别为16.2 kHz和31.4 kHz, 相应于在10 s采样时间下分别获得4.21×10-11和8.18×10-11的频率稳定度; 相比之下, 激光器自由运转时, 频率波动和稳定度分别为629 kHz和1.64×10-9。在原子重力仪系统小型化的需求下详述了两种稳频方法的优缺点, 比较而得消多普勒的双色谱稳频法在原子干涉重力仪的小型化模块化发展方向不失为具有潜力的一种选择。
稳频 外腔半导体激光器 饱和吸收谱 消多普勒的双色谱 阿伦方差 frequency stabilization external cavity diode laser SAS Doppler-free DAVLL allan deviation 红外与激光工程
2017, 46(1): 0106002
1 军械工程学院电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
2 中国卫星海上测控部飞行器海上测量与控制联合实验室, 江苏 江阴 214431
3 中国电子科技集团公司第十三研究所, 河北 石家庄 050051
采用光束传输法分析了横向啁啾体布拉格光栅的衍射特性，实验研究了横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器的功率特性、光谱特性和波长调谐特性，数值计算和实验结果表明：横向啁啾体布拉格光栅的峰值衍射效率随着入射光束在啁啾方向上尺寸的增大而降低，光谱选择宽度随着入射光束在啁啾方向上尺寸的增大而增大；当横向啁啾体布拉格光栅的啁啾方向与二极管激光器的快轴方向一致时，外腔二极管激光器的外腔效率为85%，在808.05 nm 处的输出激光光谱宽度为0.27 nm；当横向啁啾体布拉格光栅的啁啾方向与二极管激光器的慢轴方向一致时，外腔二极管激光器的外腔效率为89%，在808.05 nm 处的输出激光光谱宽度为0.3 nm，两种外腔激光器都较好地实现了约15 nm 波长调谐范围，且在整个调谐范围内输出功率波动范围分别小于1%(快轴方向一致)与1.5%(慢轴方向一致)。
光栅 横向啁啾体布拉格光栅 衍射特性 外腔二极管激光器 波长连续调谐
