好坏腔双波长主动光频标的实验进展

在被动式光频标中,用于钟激光稳频的超稳谐振腔具有由腔体布朗运动导致的热噪声,由此限制了钟激光的线宽,成为目前被动式光频标稳定度提高的主要局限因素。主动式光频标利用原子在坏腔中的受激辐射得到频标信号,因而对腔牵引效应具有抑制作用,可以极大地降低谐振腔布朗热噪声对频标稳定度的影响。在此基础上,好坏腔双波长主动光频标将在同一个谐振腔内实现Nd:YAG晶体1 064nm和铯原子(Cs)1 470nm好坏腔双波长输出,其中1 064nm好腔激光通过Pound-Drever-Hall(PDH)技术稳频,从而实现主动光钟谐振腔腔长(主谐振腔腔长)的锁定。与此同时,作为钟跃迁信号的铯1 470nm坏腔激光由于对腔牵引效应的抑制作用,其稳定度可在PDH稳频的基础上得到进一步提高。目前实验中已经实现了好坏腔双波长输出,并对好坏腔信号的功率、线宽等特性分别进行了测试,下一步将进行好腔信号的PDH锁频工作,以期实现超窄线宽的光频标。

主动光频标的研究进展

传统被动光钟激光锁频系统的频率稳定度最终受限于由布朗运动导致的腔长热噪声,是目前光频标发展面临的主要技术瓶颈之一。主动式新型光频标利用光学谐振腔的弱反馈在原子跃迁能级间形成多原子相干受激辐射,该受激辐射输出信号可直接作为钟跃迁信号使用,相比于被动光钟,主动光中原理上可实现更窄的量子极限线宽,并具有腔牵引抑制优势。分别介绍了国内外在主动光频标研究现状,主要介绍北京大学在该研究方向取得的理论及实验研究进展。为了实现窄线宽连续型主动光频标,提出双波长好坏腔方案减小剩余腔牵引效应对四能级主动光钟的影响,其中Nd:YAG 1064nm好腔激光和铯原子1470nm坏腔激光共腔输出,分别工作在好、坏腔区域,好腔激光通过Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术锁定主动光钟谐振腔的腔长,由于坏腔激光相比于好腔激光具有腔牵引抑制优势,因此坏腔激光线宽有望在腔长锁定之后的好腔激光的基础上进一步压窄。目前两套双波长系统的1470nm钟激光拍频线宽受限于两个谐振腔腔长的相对抖动,为了抑制共模噪声对钟激光拍频信号的影响,并验证采用PDH稳频技术实现腔长锁定的可行性,本文利用相位锁定技术同步两套双波长好坏腔系统的谐振腔腔长,从而消除腔长共模噪声对钟激光拍频线宽的影响,进而分析除剩余腔牵引效应以外的其他因素对1470nm主动光频标的影响。