基于MEMS原子气室的饱和吸收稳频系统研究

利用微机电系统(MEMS)制造工艺制备微型铷(Rb)原子气室,并应用于饱和吸收光谱和激光稳频。通过深反应离子刻蚀和阳极键合工艺,实现玻璃-硅-玻璃“三明治”结构三腔型原子气室。以780 nm波长的外腔半导体激光器作为饱和吸收光谱光源,搭建了基于MEMS Rb原子气室的饱和吸收光谱稳频桌面系统,实现了对MEMS气室控温加热,并分析了对不同温度、不同激光功率条件下的饱和吸收谱线。基于锁相放大器实现频率锁定,利用拍频方法对系统频率稳定度进行评估,实验结果表明:积分时间为1 s和100 s时的频率稳定度分别为2.7×10^(-11)和6.3×10^(-12)。

半导体泵浦铷蒸气激光器阈值特性

以速率方程为基础建立理论模型,采用迭代计算方法,对单程端面泵浦铷蒸气激光器的阈值特性进行了详细研究。研究表明,铷室温度和长度对阈值泵浦功率密度的影响具有等价性,存在使阈值功率密度达到最小的最佳铷室长度与温度组合。泵浦光线宽对阈值功率密度的影响基本呈线性;泵浦光线宽越宽,泵浦光中心波长与铷原子吸收波长的偏移量对阈值功率密度的影响越小;存在最佳的铷原子吸收线宽,使阈值功率密度达到最小;为减小阈值功率密度,铷室窗口片应尽量考虑镀膜,谐振腔输出耦合率不宜大于80%。

铷蒸气激光器3D理论模型的建立及阈值特性模拟

基于三能级速率方程理论,结合惠更斯-菲涅尔衍射积分公式,利用分步光束传播方法建立了半导体泵浦碱金属蒸气激光器(DPAL)端面泵浦3D理论计算模型,用于模拟研究铷蒸气激光器的泵浦阈值特性。该模型将光束传播、光与物质相互作用独立考虑,利用迭代算法求解。考虑激光器腔内模式与泵浦光模式匹配对阈值特性的影响,模拟了单端泵浦铷蒸气激光器内部的三维动力学过程。在具体算例中研究了模式匹配最佳时,在阈值工作状态下铷蒸气室中的三维粒子数分布,以及沿不同轴线的增益分布。仿真了在最佳模式匹配位置附近,泵浦光模式变化对阈值特性的影响。根据蒸气池中粒子数分布和光场分布具体分析了模式匹配影响阈值特性的机理。同时还模拟了不同长度蒸气池对阈值特性的影响。结果表明,腔参数与泵浦光模式之间存在一定的关系,对于特定的泵浦光模式,存在恰当的腔参数,使得阈值达到最小。

半导体泵浦铷蒸气激光器国内首次出光

采用体光栅对商用线阵半导体激光器进行线宽压缩,得到线宽0.1nm、中心波长780.2nm、最高连续输出功率80W的泵浦激光输出。为了降低热效应,通过外加斩波器将泵浦光转化为脉冲模式,脉宽440μs,占空比为1∶5。采用长度为5mm的铷金属饱和蒸气作为增益介质,并在常温下充入33kPa乙烷和47kPa氦气,进行了出光实验。在泵浦峰值功率35.4W,铷吸收池温度120℃时,得到峰值功率600mW的795nm铷激光输出,斜率效率为1.7%。

半导体泵浦铷蒸气激光器理论与实验对比研究

以三能级速率方程理论为基础,结合具体实验,研究了单程泵浦铷蒸气激光器的输出特性。理论计算了铷激光器中泵浦光线宽、输出耦合率和铷室温度的最佳取值范围,以及输出功率与泵浦功率关系曲线,并分别与实验进行了对比。结果显示实验值与理论结果符合较好,验证了计算模型的适用性。

LD横向泵浦铷蒸气激光器阈值特性理论研究

基于三能级速率方程建立了横向泵浦铷蒸气激光器阈值计算模型,首次详细研究了横向泵浦铷蒸气激光器的泵浦阈值特性。论文结合实际参数,数值模拟了单Bar条半导体激光器横向泵浦铷蒸气的非线性吸收和泵浦光在蒸气室内的传播以及阈值工作状态下小信号增益的分布,仿真分析了蒸气室长度、温度、缓冲气体气压及组份配比、聚焦透镜焦距以及谐振腔诸参数对横向泵浦铷蒸气激光器出光阈值的影响。分析结果表明:对缓冲气体组份配比进行优化可以有效的降低泵浦阈值功率;蒸气室长度与温度共同影响阈值功率;较大的窗口片透过率和不大于70%的输出耦合率可以使泵浦阈值功率保持在较低的水平。文中对铷蒸气激光器等碱金属蒸气激光器的关键部件设计和系统优化可起到借鉴参考的作用。

一种锁定于原子超精细能级相干共振谱线的微波稳频新方法

原子超精细能级相干共振是一种具有极高分辨率的波谱学方法，本文报导利用相干共振谱线锁定微波频率的一种稳频新方法，介绍该方法的实验系统和基本控制电路结构．

准分子宽带泵浦碱金属激光器实现铷激光输出

采用自主搭建的光学参量振荡器作为泵浦源:脉宽15ns,脉冲能量10mJ,中心波长756.3nm,谱宽0.5nm;增益介质为Rb-Ar混合气体,封装于长75mm的吸收池内,常温下Ar的含量为67kPa,开展了出光实验。在温度为136℃时,实现了780nm铷激光输出。

用于Rb蒸气激光泵浦的可调谐窄线宽半导体激光器

由于Rb蒸气的吸收峰随缓冲气体气压存在漂移,利用体布拉格光栅(VBG)实现线宽压窄的同时,实现泵浦半导体激光器中心波长的可调谐也是十分必要的。本文采用国内封装的半导体激光阵列(LDA),利用VBG的温度特性,实现了线宽不大于0.3nm的同时,激光器中心波长从779.89nm到780.35nm可调谐。该激光器可以通过叠阵方式用于Rb蒸气的泵浦和激励。

一种Rb蒸气对窄线宽780nm激光吸收率和吸收峰的测量方法

为了消除Rb蒸气室窗口内表面未镀膜引起的吸收率测量误差,本文提出采用差分吸收的方法准确测量高气压缓冲气体下Rb蒸气对780nm激光的吸收率,参考光源为787nm单管半导体激光器(LD)。吸收峰的测量,则通过观察780nm激光通过Rb蒸气室后激光光谱出现的凹陷确定。采用本文方法对充有252.5kPa He气和50.5kPa CH4缓冲气体的Rb蒸气的吸收率和吸收峰进行了测量,验证了该方法具有较高的测量精度。