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用于冷镱原子光钟的399nm激光系统的设计与研制

作　者: 叶捷
导　师: 徐信业
学　校: 华东师范大学
专　业: 光学
关键词: 光学原子钟二次谐波倍频环形腔 LBO晶体偏振稳频
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

光学原了钟(optical atomic clocks)作为国际频标领域研究的新焦点,由于其理论上预言的频率不确定度能达到10-18,有望取代目前作为时间标准的铯喷泉钟(5×10-16),作为下一代的时间频率标准,具有很大的发展潜力,也受到了各国科学家们越来越广泛的关注。镱原子(Yb)由于其钟跃迁谱线的自然宽度仅为毫赫兹(mHz)量级,是光学原子钟的有力候选者之一。Yb原子一级冷却和塞曼减速对应的1S0-1P1跃迁谱线波长为399nm。所以设计研制399nm激光光源就成为镱原子光钟课题的一个重要组成部分。本文采用LBO晶体对连续半导体激光器(798nm)进行环形腔外腔谐振倍频获得稳定输出的399nm激光。并从理论和实验两方面分析了影响倍频效率的各个因子。其主要内容包括以下几个方面：(1)简单介绍了二次谐波倍频的基本原理,从理论上分析了LBO晶体外腔谐振倍频的过程,并对LBO晶体在该波段所采用的相位匹配方式及相位匹配角、Boyd-Kleinmen聚焦囚子、最佳聚焦条件和单次转换系数进行了理论计算。(2)通过最佳聚焦条件和腔的稳定性条件(|A+D|<2)出发对环形倍频腔进行了设计,并根据像散补偿、模式匹配和阻抗匹配三方面对腔进行了优化。(3)介绍偏振稳频的基本原理,并利用该方法将倍频腔跟踪锁定在半导体激光器输出的798nm激光光源上。并设计制作了整个跟踪锁定系统的伺服电路部分,包括光电接收单元、信号提取单元、比例-积分-微分单元、高压放大单元。(4)对399nm倍频光进行了分析和讨论,包括倍频腔的各参数、最佳LBO晶体温度以及最终获得的倍频光功率及倍频转换效率。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第一章绪论  10-15
  1.1 研究背景和意义  10-12
  1.2 二次谐波倍频的发展和研究概况  12-13
  1.3 本论文主要内容  13-15
第二章 LBO晶体腔外倍频的理论分析  15-33
  2.1 二次谐波基本原理  15-20
  2.2 LBO晶体外腔倍频理论分析  20-31
    2.2.1 LBO晶体简介  21-23
    2.2.2 LBO晶体相位匹配以及有效非线性系数  23-29
    2.2.3 LBO晶体的最佳聚焦条件及转换系数初步估算  29-31
  2.3 本章小结  31-33
第三章倍频腔的理论设计和优化  33-44
  3.1 倍频腔的理论设计  33-37
  3.2 倍频腔的优化  37-43
    3.2.1 像散补偿  37-38
    3.2.2 模式匹配  38-40
    3.2.3 阻抗匹配  40-43
  3.3 本章小节  43-44
第四章倍频腔的锁定  44-51
  4.1 偏振稳频的基本原理  44-47
  4.2 锁腔电路设计  47-50
  4.3 本章小结  50-51
第五章 399nm激光的产生和优化  51-62
  5.1 实验装置  51-55
    5.1.1 激光器参数  51-54
    5.1.2 环形谐振腔理论计算参数  54-55
  5.2 实验结果  55-61
    5.2.1 模式匹配  56-57
    5.2.2 阻抗匹配  57
    5.2.3 误差信号  57-59
    5.2.4 最佳LBO晶体温度  59-60
    5.2.5 倍频光功率及转换效率  60-61
  5.3 本章小结  61-62
第六章总结和展望  62-64
  6.1 总结  62
  6.2 下一步工作  62-64
参考文献  64-66
硕士期间研究成果  66-67
致谢  67

用于冷镱原子光钟的399nm激光系统的设计与研制

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