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780nm單頻激光器
780nm單頻激光與Rb原子52S1/2-52P3/2能級躍遷共振,可用作Rb原子激光冷卻、Rb原子量子調控以及Rb原子探測等;因而在以Rb原子為媒介的原子鐘、原子磁力計、以及諸如原子重力儀/原子陀螺儀/原子重力梯度儀等原子干涉儀的應用中必不可少。同時在以Rb原子為媒介的量子模擬、原子分子光譜、冷原子BEC等科研應用中,也是不可或缺。
在這些應用中,大功率意味著更多的冷原子數目、更大的光與原子作用區域、更均勻的作用力;低漂移可以保證時間更長更穩定的Rb原子無多普勒穩頻;窄線寬可以降低原子探測的噪聲獲得跟高的信噪比;環境穩定的特性使得激光器對環境溫度和振動不敏感,在原子鐘、磁力計、以及以原子干涉儀為基礎的重力儀/陀螺儀/重力梯度儀等應用中有著重要的意義,是可搬運儀器所必需。

780 nm單頻激光器方案簡圖
頻準激光推出如上圖1560 nm種子+摻Er光纖放大器+單次通過周期性極化晶體倍頻獲得780 nm激光的方案。這種全固態不包含可手動調節的機械部件,因而對振動和溫度不敏感,具有良好的環境穩定性。同時由于使用了EFA作為放大器,因而還具備大功率的特性,780 nm激光最大功率達5W。
種子激光
在頻準激光推出的780 nm激光方案中,激光的頻率漂移、線寬、調諧特性等皆取決于1560 nm種子激光。頻準激光使用兩種類型種子激光。一種為光纖DFB激光器,第二種為外腔半導體激光器。

兩種1560 nm種子激光對比
這兩種種子激光器均可以提供窄線寬低漂移可調諧的1560 nm激光。其中光纖DFB激光器使用增益光纖DFB光柵作為諧振腔、增益介質及選模元件,可以實現全范圍內的無調模調諧(0.8 nm)和窄線寬(<10 kHz)。
其使用壓電陶瓷作為快速調諧元件,可以實現10 kHz調諧帶寬和5 GHz范圍的快速調諧。而第二種外腔半導體結構的種子激光使用體光柵作為選模元件,并有一體化固定結構的諧振腔,因而通過溫度及電流調諧。其無跳模溫度調諧范圍為5 GHz。
由于可以使用電流調諧,因而其快速調諧帶寬可以達到5 MHz,相應的調諧范圍為500 MHz。兩種激光器均為全固態結構,無手動調節的機械組成,因而具有很高抗振動特性和溫度穩定性,第二種結構的激光器抗振動特性甚至可以達到宇航級。由于優秀的環境穩定性,兩種種子激光器均具備低漂移的特性,常溫下頻率漂移低于100 MHz。

延時自外差法拍頻信號測量線寬5.2 kHz

8h種子激光中心頻率漂移<25 MHz
摻Er光纖放大器(EFA)
頻準激光使用摻Er光纖放大器(EFA)作為1560 nm激光功率放大器,相對于直接的780 nm半導體功率放大的方案(最大3 W),其具有的大功率特性無可替代。該EFA最大可穩定長壽命輸出達15W。由于采用全光纖放大器的方案,EFA同樣具備非常好的環境穩定特性。

低噪聲光纖放大器與種子激光相對線寬增寬及其測量方法
頻準激光研發的EFA在放大的過程中可保證激光極低的頻率及強度噪聲增加。其中線寬展寬低于10 Hz,強度噪聲(RIN)低于-140 dBc/Hz @100 kHz。上圖為測量了EFA放大過程中的線寬增寬。下圖為測量了EFA的強度噪聲(RIN)以及最大輸出功率為15W的低噪聲單頻1560nm光纖放大器實物圖。

圖片典型10 W LN-EFA-1550 相對強度噪聲譜(RIN)(需要種子激光II-低噪聲1560 nm種子激光)

最大輸出功率15W的低噪聲單頻1560nm光纖放大器實物圖
單通倍頻及功率穩定
頻準激光使用周期性極化晶體作為倍頻介質,EFA輸出1560 nm激光單次通過即可最大獲得5W 780 nm激光。相較于腔內倍頻,單次通過倍頻方案無需任何鎖定,不懼振動及溫度循環,具有良好的環境適應性,還保持有較高的倍頻效率。不僅如此,光纖輸出的優良空間模式還得以保留,M2<1.1。
經過倍頻后780 nm激光線寬是1560 nm種子激光線寬的兩倍。由于倍頻過程中, 780 nm輸出功率與基頻1560nm激光功率的平方成正比。因而,倍頻后780 nm激光的強度噪聲也將比基頻光高6 dB。780 nm功率抖動比例是1560 nm基頻光功率抖動比例的兩倍(1560 nm 2%的功率不穩定性將引起780 nm4%的功率不穩定性)。同時為了進一步增加激光器的熱穩定性,頻準激光使用功率穩定模塊,最高可在15-35℃溫度循環下獲得小于2%的功率穩定性。

2.7 W EFA-SSHG-780-2.5 15-35℃溫度循環下功率抖動

780nm激光輸出典型光斑 頻準激光單通倍頻模塊實物圖
780nm單頻激光器EFA-SSHG-780
為了滿足以Rb原子為介質的原子物理科研及應用,頻準激光使用倍頻技術,獲得了最高達15 W的780 nm激光。由于具備可搬運,低漂移,抗振動等優良的環境適應性,EFA-SSHG-780nm產品已用于用戶Rb原子干涉儀的外場實驗并完成了連續數月的飽和吸收光譜穩頻。

1:中心波長可定制。EFA-SSHG接受765-790 nm范圍定制。
2:取決于種子激光,種子激光可外置。
3:功率穩定功能開啟。
4:可選擇低噪聲種子取得低強度噪聲。

1560nm光纖DFB種子激光尺寸-1560nm無跳模半導體種子激光尺寸
1560nm摻鉺光纖放大器尺寸

780nm單路倍頻模塊尺寸

