Name: construction and characterization of external cavity diode lasers for atomic physics
Uploaded: 2014-04-24T13:45:00
Duration: 9 min 10 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics at JoVE.com

<ol>
	<li>Wieman, C. E., Hollberg, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+diode+lasers+for+Atomic+physics.">Using diode lasers for Atomic physics.</a> Rev. Sci. Instrum. 62 (1), 1-20 (1991).</li><li>Camparo, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+diode+laser+in+atomic+physics.">The diode laser in atomic physics.</a> Cont. Phys. 26 (5), 443-477 (1985).</li><li>MacAdam, K. B., Steinbach, A., Wieman, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+narrowband+tunable+diode+laser+system+with+grating+feedback,+and+a+saturated+absorption+spectrometer+for+Cs+and+Rb.">A narrowband tunable diode laser system with grating feedback, and a saturated absorption spectrometer for Cs and Rb.</a> Am. J. Phys. 60, 1098 (1992).</li><li>Steck, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rubidium+87+D+line+data.">Rubidium 87 D line data.</a> Los Alamos National Laboratory. , 1-29 (2001).</li><li>Ricci, L., Weidemuller, M., Esslinger, T., Hemmerich, A., Zimmermann, C., Vuletic, V., Konig, W., Hansch, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+compact+grating-stabilized+diode+laser+system+for+atomic+physics.">A compact grating-stabilized diode laser system for atomic physics.</a> Opt. Commun. 117, 541-549 (1995).</li><li>Zorabedian, P., Trutna, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interference-filter-tuned,+alignment-stabilized,+semiconductor+external-cavity+laser.">Interference-filter-tuned, alignment-stabilized, semiconductor external-cavity laser.</a> Opt. Lett. 13, 826-828 (1988).</li><li>Hawthorn, C. J., Weber, K. P., Scholten, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Littrow+configuration+tunable+external+cavity+diode+laser+with+fixed+direction+output+beam.">Littrow configuration tunable external cavity diode laser with fixed direction output beam.</a> Rev. Sci. Inst. 72 (12), 4477-4479 (2001).</li><li>Nilse, L., Davies, H. J., Adams, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synchronous+tuning+of+extended+cavity+diode+lasers:+the+case+for+an+optimum+pivot+point.">Synchronous tuning of extended cavity diode lasers: the case for an optimum pivot point.</a> Appl. Opt. 38 (3), 548-553 (1999).</li><li>Park, S. E., Kwon, T. Y., Shin, E., Lee, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Compact+Extended-Cavity+Diode+Laser+With+a+Littman+Configuration.">A Compact Extended-Cavity Diode Laser With a Littman Configuration.</a> IEEE Trans. Inst. Meas. 52 (2), 280-283 (2003).</li><li>Black, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+introduction+to+Pound-Drever-Hall+laser+frequency+stabilization.">An introduction to Pound-Drever-Hall laser frequency stabilization.</a> Am. J. Phys. 69 (1), 79-87 (2001).</li><li>Shaddock, D. A., Gray, M. B., McClelland, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+locking+a+laser+to+an+optical+cavity+by+use+of+spatial+mode+interference.">Frequency locking a laser to an optical cavity by use of spatial mode interference.</a> Opt. Lett. 24, 1499-1501 (1999).</li><li>Corwin, K. L., Lu, Z. T., Hand, C. F., Epstein, R. J., Wieman, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency-stabilized+diode+laser+with+the+Zeeman+shift+in+an+atomic+vapor.">Frequency-stabilized diode laser with the Zeeman shift in an atomic vapor.</a> Appl. Opt. 37 (15), 3295-3298 (1998).</li><li>Schmidt, O., Knaak, K. -. M., Mesche de Wynands, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cesium+saturation+spectroscopy+revisited:+How+to+reverse+peaks+and+observe+narrow+resonances.">Cesium saturation spectroscopy revisited: How to reverse peaks and observe narrow resonances.</a> Appl. Phys. B. 59, 167-178 (1994).</li><li>Robins, N. P., Slagmolen, B. J. J., Shaddock, D. A., Close, J. D., Gray, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interferometric,+modulation-free+laser+stabilization.">Interferometric, modulation-free laser stabilization.</a> Opt. Lett. 27, 1905-1907 (2002).</li><li>Budker, D., Kimball, D. F., Demille, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Atomic Phyisics. , (2004).</li><li>Foot, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+Physics.">Atomic Physics.</a> , (2005).</li><li>Haus, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electronic Noise and Qunatum Optical Measurements. , (2000).</li><li>Okoshi, T., Kikuchi, K., Nakayama, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+method+for+high+resolution+measurement+of+laser+output+spectrum.">Novel method for high resolution measurement of laser output spectrum.</a> Electronics Lett. 16 (16), 630-631 (1980).</li><li>Ludvigsen, H., Tossavainen, M., Kaivola, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+linewidth+measurements+using+self-homodyne+detection+with+short+delay.">Laser linewidth measurements using self-homodyne detection with short delay.</a> Opt. Commun. 155, 180-186 (1998).</li><li>Optics Hecht, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> , (2002).</li><li>Arnold, A. S., Wilson, J. S., Boshier, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+extended-cavity+diode+laser.">A simple extended-cavity diode laser.</a> Rev. Sci. Instrum. 69, 1236 (1998).</li><li>Loh, H., Lin, Y., Teper, I., Cetina, M., Simon, J., Thompson, J. K., Vuletic, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+grating+parameters+on+the+linewidths+of+external-cavity+diode+lasers.">Influence of grating parameters on the linewidths of external-cavity diode lasers.</a> Appl. Opt. 45 (36), 9191-9197 (2006).</li><li>Rao, G. N., Reddy, M. N., Hecht, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+hyperfine+structure+studies+using+temperature/current+tuning+of+diode+lasers:+An+undergraduate+experiment.">Atomic hyperfine structure studies using temperature/current tuning of diode lasers: An undergraduate experiment.</a> Am. J. Phys. 66 (8), 702-712 (1998).</li><li>Sane, S. S., Bennetts, S., Debs, J. E., Kuhn, C. C. N., McDonald, G. D., Altin, P. A., Close, J. D., Robins, N. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=11W+narrow+linewidth+laser+source+at+780+nm+for+laser+cooling+and+manipulation+of+Rubidium.">11W narrow linewidth laser source at 780 nm for laser cooling and manipulation of Rubidium.</a> Opt. Express. 20, 8915-8919 (2012).</li><li>Koechner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Solid-State Laser Engineering. , (1999).</li><li>Saliba, S. D., Scholten, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Linewidths+below+100+kHz+with+externalcavity+diode+lasers.">Linewidths below 100 kHz with externalcavity diode lasers.</a> Appl. Opt. 48 (36), 6961-6966 (2009).</li></ol>

Авторы не имеют ничего раскрывать. Конкретные продуктов и компаний, цитаты с целью только разъяснение и не означает одобрения со стороны авторов.

Эта публикация показала, как перейти от разобранном ECDL через выравнивания и захвата частоты производить измерение лазерного ширины линии. Механическая конструкция и дизайн электроники, такие как ПИД сервоприводов, водителей диодных и терморегуляторов слишком специализируется, которые будут обсуждаться здесь, но были всесторонне обсуждены в ссылки публикаций 1,3,5. Хотя диодные ECDL&#39;S стали главным продуктом в атомных лабораториях физики, вида и переходов, что эти Устройства для может достигать ограничено. Значительный прогресс был достигнут в расширении диапазона длин волн от диодных лазеров на основе однако в настоящее время многие пробелы, особенно в УФ. Силовые ограничения систем ECDL продолжают ограничивать свои приложения. Голые диоды одномодовые в диапазоне мощности от μWatts в 100 мВт. Кроме того, конические усилители могут быть добавлены к системе ECDL увеличить одномодового общую мощность лазерадо уровня ватт. Если полномочия одномодовые гораздо больше, чем Ватт или других длинах волн требуются альтернативные лазерные архитектуры требуется. К ним относятся волоконных лазеров 26, твердотельных лазеров 27, такие как TiSaph лазеров или они могут полагаться на нелинейного преобразования частоты обрабатывает 27 например ВКР-лазеров, четыре смешение, суммарной частоты, или оптический параметрический генератор. В этой публикации фокусируется на запирающего механизма, который зависит от атомного пара клетки. Для многих приложений в атомной физике простой мобильный стекло пара, как описано здесь, не могут быть доступны, так обстоит дело для таких видов, как Yb. Многие другие методы получения эталонного образца с различными видами были продемонстрированы такие как, хот атомных пучков, разрядных ламп, газовых клеток, йод буферных клеток и клеток распыления. Эта конструкция лазерная система в своей основе ограничена ширин линий ≈ 30 кГц 28 и обычно ближе к 100 кГц. Если приложение требует более узкой ширины линии других методов стабилизации или альтернативный лазерный проектирует 26 обязательны для заполнения. Всякий раз, когда работать с оптическими системами, чистота имеет первостепенное значение. Это хорошая практика, когда сначала внедряются и оптики, перчатки носить для предотвращения случайного прикосновения к оптической поверхности обработки. Если оптический поцарапан он не должен быть использован в лазерной системы. В большинстве случаев оптика с отпечатки пальцев или пыль могут быть очищены с помощью ацетона или сжатым воздухом соответственно. Любой дефект в оптической поверхности могут и будут вводить потери и потенциально шум в системе. Оптика крепления должны быть прикреплены к оптики скамейке во все времена и должны быть надежно заперт вниз, как только на месте. При выравнивании оптики, такие как Фазовые и поляризационные светоделителей, обеспечить свет падает рядом перпендикулярно оптической поверхности, а AVOiding отражения обратно в лазер. Как угол падения отклоняется от 90 ° поведения этих оптических элементов становится все дальше и дальше от идеала. Чтобы свести к минимуму аберрации и увеличить лучи числовая апертура всегда должны путешествовать через центр линзы и быть нормальным на объектив. В противоположность этому, клетки пар должны быть размещены под небольшим углом к ​​падающему пучку, чтобы избежать эффектов эталонные. По этой причине многие клетки пара изготавливаются с непараллельными конечных граней. Лазеры, используемые здесь, класс 3B. Даже побочные отражения имеют потенциал для повреждения глаз. Работа с лазеров этого типа должны быть выполнены только квалифицированным персоналом, знакомым с опасностями лазеров. Очки лазерной безопасности должны носить в любое время. Никогда не смотрите прямо на путь любого лазера для оптического выстраивания и обратить особое внимание, чтобы избежать генерации опасных зеркальных отражений прочь оптических компонентов. Всегда положительно прекратить линии луча USIнг луча свалку.

Измерение и манипулирования квантовое состояние атомов находится в центре атомной физики и требует умения решать конкретные переходы между атомными электронных состояний. Для примера рассмотрим рубидий, типичный и часто используется щелочного атом. Здесь длина волны света, соединяющего землю и первое возбужденное электронное состояние ~ 780 нм (384 ТГц) и жизни возбужденного состояния в связи с спонтанного излучения ~ 26 нс давая поглощения ширину линии 6 МГц 4. Таким образом, источник света с частотой устойчивости по меньшей мере одной части в 108 требуется, чтобы надежно решать этот переход. Перед развитие ECDLs, лазеров на красителях и титан Сапфир лазеров, как правило, используется для атомной физики. Это большие, дорогие, сложные системы, которые предлагают оптическое усиление на большой пропускной способности и, следовательно, может быть настроен, чтобы перекрывать атомного перехода. Потенциал заменить эти усиления СМИ с дешевой, простой лазерного диода инженерии Wiй запрещенной согласования нужную длину волны была признана в начале 1980-х годов 1,2. Простой, легкий строить проекты, которые достигают ширины линий 100 кГц были хорошо понятны и общее место в начале 1990-х годов 3,5,6. Многие различные конфигурации и конструкции были продемонстрированы каждый с достоинствами и недостатками. Вероятно, наиболее распространенные конфигурации являются Литтроу 3,5,7,8 и Littman 9 конфигураций. Эта дискуссия сосредоточена на простейших, конфигурации Литтров, показанной на рисунке 1А. Ряд механизмов настройки используются одновременно для достижения высокой точности при частоте лазера. Во-первых, требуется диод с запрещенной зоны производства достаточного усиления на требуемой длине волны достижимой при рабочей температуре. Типичный лазерный диод будет иметь прирост в течение нескольких нанометров (ТГц). Во-вторых, отражающий дифракционной решетки является угол настроена для обеспечения оптической обратной связи в диода на желаемыйдлина волны. В зависимости от решетки, диод, фокусирующей линзы использованы и их выравнивание, решетка выбирает частотный диапазон обычно 50-100 ГГц. Лазер будет колебаться на длине волны резонансного с внешним лазерного резонатора (между диодом задней грани и решетки). Настройка эту длину полости через длине волны лазера позволяет быть настроены через свободной области спектра (C / (2 л)) вокруг решетки пикового усиления где с является скоростью света и L, длина полости, как правило, 1 - 5 см (FSR 3-15 ГГц). Когда два режима полости подобная длина волны от пикового решетки длиной волны обратной лазер может работать многомодовых. Как режим колебательный резонатор настроен дальше от пика усиления, чем его соседним режиме лазер Режим хоп ограничения диапазона настройки. Поведение мод резонатора по отношению к решетки режиме можно увидеть на рисунке 3. Режим хоп диапазон бесплатно настройка ключевой показатель производительности для ECDL. При одновременном настройки решетки угол и длину резонатора можно настроить непрерывно во многих свободных спектральных диапазонах без режим хмель, делая обнаружения и блокировки в спектральных признаков гораздо легче 8. Электронная настройка длины оптического пути полости для блокировки может быть достигнуто путем сочетания настройки решетки угол / положение с помощью пьезо привод (рис. 1А) (пропускная способность сканирования ~ 1 кГц) и настройки диод ток, который в первую очередь модулирует преломления Индекс диода (пропускная способность сканирования ≥ 100 кГц). Использование лазерных диодов, а не антибликовым (AR) с покрытием чипсы усиления для активной среды добавляет дополнительное усложнение добавив лазерный диод внутреннего ответ полости, которая может иметь типичный свободный спектральный диапазон 100-200 ГГц. В этом случае полость должна быть температура адаптирована к ответ от решетки. Использование лазерного диода, а не AR покрытием чипа усиления позволит резко сократить режим хоп бесплатно тунинг диапазон, если нет средств, чтобы синхронно настроить ток диода или температуры. Наконец, для достижения ширину линии лучше, чем 100 кГц пристальное внимание должно быть обращено на устранение других источников шума. Это требует тщательного механической конструкции крепления, чтобы минимизировать акустическую вибрацию, стабилизацию температуры на уровне мК, действующее значение тока стабильность диода на уровне ≤ 30 нА и тщательной настройки усиления всех блокировки петли 10. Правильный выбор электроники для применения, так же важно, как лазерного и оптического дизайна. Список контроллеров диода и характеристики можно найти в таблице 1. После стабилизации генерации была достигнута, то следующий требование, чтобы зафиксировать частоту лазера на ссылкой, например атомного перехода, оптическом резонаторе лазера или другого. Это устраняет последствия медленных заносов таких как небольшие колебания температуры, по существу устранения шумов для частот св полосе фиксирующего цикла. Есть множество методов, которые были разработаны для получения сигнала ошибки, каждый из которых подходит для конкретной системы отсчета блокировки. Сигнал ошибки для фазовой синхронизации двух лазеров могут быть получены путем смешивания двух лазеров на светоделитель. Фунт-Дривер зал 11 или поворотной блокировки 12 может быть использован для блокировки в полость. Чтобы заблокировать в атомной линии поглощения DAVLL 13 или насыщенного абсорбционной спектроскопии 3,14 в сочетании с текущей модуляции 10 Зеемана модуляции 10 или наклона-блокировки 15 может быть использован. Замок из ECDL в рубидия перехода с помощью зеемановскую модуляцию насыщенного поглощения в клетке пара будет описана здесь. Если луч низкой интенсивности проходит через ячейку рубидий паров при комнатной температуре, а частота настраивается в непосредственной близости от нм атомного перехода 780 ряд доплеровского расширены функции поглощения ~ 500 МГц широкобудет наблюдаться вместо 6 МГц широкого природного ширины линии (расчеты для натуральных и доплеровских ширин можно найти в стопы 16). Если, однако, этот пучок ретро отражение, второй проход будет меньше поглощение на резонанс как атомы с нулевой продольной скорости уже частично возбуждаемой первом проходе 17. Другие частоты будет поглощаться различных популяций скорости при каждом проходе и, следовательно, поглощение не будет насыщен. Таким образом очевидно, функция передачи накладывается на Доплера расширен поглощения при переходах с шириной около естественной ширины линии могут быть получены. Это обеспечивает резкое абсолютное задание частоты для блокировки в. Частота атомного перехода может модулироваться с использованием эффекта Зеемана на сглаживание величину магнитного поля в эталонной ячейке. Подходящий однородное магнитное поле, могут быть получены с использованием электромагнитного установки, как показано на рисунке 5. Электронно смешиваниямодулированный сигнал с насыщенного поглощения передачи генерирует сигнал ошибки, который можно использовать для регулировки тока диода и интегрированную изменять напряжение пьезо. Таким образом, лазер может быть заблокирован с переходом без необходимости модулировать частоту лазера. Ширина линии из ECDL обычно измеряется путем вмешательства два частотных заблокирован лазеры и того же типа на расщепитель 18 пучка. Частота биений между лазерами Затем измеряют с помощью быстрого фотодиод и РЧ анализатор спектра. Спектр шума за пределами полосы пропускания замок петли затем установлены на Фойгта (свертки гауссовского и лоренцевской) профиля. Шум от различных лазеров добавить в квадратуре. В случае двух эквивалентных лазеров это дает оборудованная ширина линии √ (2) раз один лазер ширина линии. Если лазерный доступен с известным ширины линии значительно меньшим, чем можно ожидать от ECDL и он находится в полосе перестройки ЕCDL, то, что может быть использован вместо. Другой метод, обычно используемый для измерения ширины линии является задержкой себя метод гомодинная 19,20, где часть пучка направляется вдоль оптической линии задержки, такие как волокна, а затем смешивают на светоделитель с лазером. Этот метод основан на задержке, являющейся большей, чем длина когерентности лазера при измерении. Это хорошо работает для шумных лазеров, но и для ширины линии 100 кГц лазера длина когерентности составляет около 3 км, что начинает становиться нецелесообразным. Кроме того, атомный переход в насыщенном поглощающей ячейки или резонатора Фабри-Перо может быть использован, чтобы обеспечить опорную частоту для измерения ширины линии лазерного. В этой системе частота лазера нужно будет сидеть за линейной части эфира насыщенный поглощения или Фабри-Перо резонансной, а не разрешено сканировать частоты. Измеряя шум сигнала на фотодиод и зная ширину резонанса, частота шума может быть найдено. Нижний предел Лиnewidth измерения затем ограничивается наклона резонанса передачи. Присутствие высоких мод порядок генерации могут быть проверены на глядя на интенсивность шума на частоте свободного спектральном диапазоне с использованием анализатора спектра РЧ или с помощью сканирования Фабри-Перо или оптический анализатор спектра с разрешением лучше, чем свободный спектральный Диапазон ECDL. Грубый диапазон настройки может быть измерена путем измерения мощности в зависимости от длины волны (с использованием монохроматора волномером, или анализатора оптического спектра) при настройке лазера через ее пределами с помощью дифракционной решетки. Режим хоп бесплатно диапазон перестройки обычно измеряется с помощью сканирующего интерферометра Фабри-Перо, когда режим хоп может быть обнаружена в качестве дисперсной скачка частоты.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="870">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="94" rowspan="3" style="height:94px;width:253px;">Laser Diode 
			(Rubidium, 780nm)</td>
			<td rowspan="3" style="width:181px;">Roithner</td>
			<td rowspan="3" style="width:195px;">ADL-78901TX</td>
			<td rowspan="3" style="width:241px;">Various wavelengths, powers, case sizes and AR coatings are available (Thor Labs, Eagle Yard Photonics, Rothnier)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="53">
		</tr>
		<tr height="61">
			<td height="61" style="height:61px;width:253px;">Diffraction Grating 
			(Rubidium, 780nm)</td>
			<td style="width:181px;">Newport</td>
			<td><a href="http://search.newport.com/?q=*&amp;x2=sku&amp;q2=05HG1800-500-1">05HG1800-500-1&#160;</a></td>
			<td style="width:241px;">Holographic or rullered 
			&#160;(Optional blazing) 
			(Thor Labs, Newport)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Viewing Card</td>
			<td style="width:181px;">Thor Labs</td>
			<td>VRC5</td>
			<td style="width:241px;">Infared viewing card</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:253px;">Diode&#160; Lens</td>
			<td style="width:181px;">Thor Labs</td>
			<td>C330TME-B</td>
			<td>Coated for 780 nm</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:253px;">Glass Wedge</td>
			<td style="width:181px;">Thor Labs</td>
			<td>PS814</td>
			<td>10 &#176; wedge</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">1/2 Waveplate</td>
			<td style="width:181px;">Thor Labs</td>
			<td>WPH10M-780</td>
			<td style="width:241px;">780 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">1/4 Waveplate</td>
			<td style="width:181px;">Thor Labs</td>
			<td>WPQ10M-780</td>
			<td style="width:241px;">780 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Rotation mounts</td>
			<td style="width:181px;">Thor Labs</td>
			<td style="width:195px;">RSP1C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">PBS</td>
			<td style="width:181px;">Thor Labs</td>
			<td style="width:195px;">PBS252</td>
			<td style="width:241px;">780 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Isolator</td>
			<td style="width:181px;">Thor Labs</td>
			<td style="width:195px;">IO-5-780-HP</td>
			<td style="width:241px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Vapor Cell</td>
			<td style="width:181px;">Thor Labs</td>
			<td><a href="http://www.thorlabs.com/thorProduct.cfm?partNumber=GC25075-RB">GC25075-RB</a></td>
			<td>Rubidium&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Photo Detector</td>
			<td style="width:181px;">Moglabs</td>
			<td>PDD-001-400-1100-&#955;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Scope</td>
			<td style="width:181px;">Tektronix</td>
			<td style="width:195px;">TDS1001B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="78">
			<td height="78" style="height:78px;width:253px;">Wavemeter</td>
			<td style="width:181px;">Yokogawa</td>
			<td style="width:195px;">AQ-6515A</td>
			<td style="width:241px;">We use an optical spectrum analyzer but a cheaper wavemeter would also be sufficient</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Electronic spectrum analyzer</td>
			<td style="width:181px;">Agilent</td>
			<td style="width:195px;">E4411B</td>
			<td style="width:241px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">&#160;IR Viewer</td>
			<td style="width:181px;">FJW Optical Systems Inc</td>
			<td>84499A-5</td>
			<td style="width:241px;">Infared viewer</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

construction and characterization of external cavity diode lasers for atomic physics

С момента своего развития в конце 1980-х, дешевые, надежные внешние полости диодные лазеры (ECDLs) заменили сложной и дорогостоящей традиционной краситель и титана Sapphire лазеры как рабочая лошадка лазера атомной физики лаборатории 1,2. Их универсальность и плодовитый использование всей атомной физики в таких приложениях, как абсорбционной спектроскопии и лазерного охлаждения 1,2 делает необходимым для входящих студентам получить твердое практическое понимание этих лазеров. Эта публикация опирается на плодотворную работу по Wieman 3, обновление компонентов, а также предоставление видео-учебник. Установка, частота замок и производительность характеристика из ECDL будет описано ниже. Обсуждение выбора компонентов и правильной установки обоих диодов и решеток, факторы, влияющие выбор режима внутри полости, собственно выравнивание для оптимальной внешней обратной связи, настройки оптики для чувствительных грубой и точной частоты измерений, краткого обзора лазерного Lockiнг методы и измерения ширину линии лазера включены.

Есть 5 основных этапов в процессе согласования, частота замок и характеризующий ширины линии ECDL. К ним относятся: получение обратной связи от решетки и используя это, чтобы установить грубой частоту ECDL измеренное на волномера, наблюдая лазерного поглощение в опорной ячейки, просмотр атомного перехода с разрешением вокруг естественной ширины линии в насыщенном установки абсорбционной спектроскопии, получения Сигнал ошибки относительно заданной перехода и блокировки к ней, и, наконец, наблюдая биений двух лазеров и измерения ширину линии лазера. Шаг первый успешно завершен, довольно тривиально, когда длина волны, получаемая на волномера соответствует атомного перехода интересов. При попытке достичь поглощения в опорной ячейки, цветение можно увидеть вдоль пути луча в клетке с просмотра ИК когда переход ударил. Если ECDL является сканирование клетка будет мигать. Насыщенный сигнал поглощения может быть трудно обнаружить Whe<html> н первым выравнивания, так как линии передачи может быть очень мала по сравнению с пика поглощения Доплера. Когда вершины, подобные тем, которые показаны на рисунке 4, можно увидеть, насыщенная система поглощения работает должным образом. Регулируя параметры фазы и сканирования сигнал ошибки же, как показано на рисунке 4 должна быть получена. Для того чтобы измерить ширину линии ECDL необходимо получить сигнал биений между двумя лучами. Как лучи становятся все более и более перекрываются синусоида начнут появляться, как видно на сферу от фотодетектора. Держите адаптацию, пока контраст между пучностей и узлов не является крупнейшим. Когда сигнал биений затем пропускают через электронный анализатор спектра сигнала, аналогичной фиг.6 следует рассматривать. Лазерный ширина линии может быть измерена с этим сигналом. Полный комплект оптики можно увидеть на рисунке 1. <img alt="&lt;/ HTML">&quot;Рисунок 1&quot; FO: контент-ширины = &quot;5 дюймов&quot; FO: Пребывание &quot;/ files/ftp_upload/51184/51184fig1highres.jpg&quot; Первоначально &quot;/ files/ftp_upload/51184/51184fig1.jpg&quot; /&gt; .. Рисунок 1 Завершите настройку оптики Это пример полной установки оптики для системы ECDL обсудили:. Это показывает конфигурацию Литтроу из ECDL. Процент, как правило, 20-30%, из пучка, падающего на решетку дифрагирует обратно в диоде. Угол дифракции и угол отражения равны. Решетка крепится к стадии настройки, которая использует пьезо контролировать решетки угол B:. Выходной луч от лазерного диода падает на решетку под углом θ с 0-го порядка, отраженный от и дифракции 1-го порядка и отправили назад на пути падающего луча. Длина волны дифрагированного света задается λ = 2 г Sin (θ) в конфигурации Литтров C:. Положение, и ориентацией оптической являетсяolator уменьшить нежелательную обратную связь для лазерного диода D:. Выходной луч от лазерного поле проходит через фазовые λ / 2 и PBS и выравнивается по волномера. Власть в отраженной и прошедшей балок можно регулировать, вращая фазовые E:. Луч линия используется для эксперимента. Эта линия будет содержать большинство власти лазера F:. Проходят опорного пучка на уровне или выше интенсивности насыщения через PBS, λ / 4 фазовые, газовой ячейки ссылки, и ретро отражать его обратно на PBS. Важно, что два луча хорошо перекрываются, чтобы получить надлежащее спектроскопии насыщения. Фазовые обеспечит поляризацию света на ретро отраженном пучке будет повернут на 90 ° от падающего пучка позволяет ему выйти противоположный порт светоделителем. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51184/51184fig1highres.jpg" target="_blank">Нажмите здесь, чтобы увеличить мнимой</a>э. <img alt="Рисунок 2" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51184/51184fig2highres.jpg" width="200" /> Рисунок 2. Схема защиты диодного лазера. Схема защиты Пример для тока лазерного диода. R 1 и С 1 форма Принципиальная схема RC и будет отфильтровывать высокочастотный шум. D 1 и D 2 являются Шоттки и Стабилитроны соответственно. Диод Шоттки, который имеет быстрое время отклика, находится в месте, чтобы защитить от обратного напряжения, а стабилитрон, который имеет более медленное время отклика, предназначен для того току проходить, если над лазерных диодов максимальным рабочим напряжением, что позволяет избежать повреждению лазерного диода. Типичные значения для компонентов будет R 1 = 1 Ω, C 1 = 1 мкФ, D 1 = 30 В, D 2 = 6 V. Значения, выбранные для R1 и C1 будет ограничивать ток пропускной способности модуляции диода. Это может быть меньше, чемидеально, если сигнал ошибки производится с помощью модуляции тока вместо модуляции Зеемана обсуждался. <img alt="Рисунок 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51184/51184fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51184/51184fig3.jpg" /> . Фигура 3 Конкуренция моды в ECDL Зеленый:.. Ширина линии решетки дифракционного порядка ≈ 50 ГГц в зависимости от решетки Красный твердого вещества: Режим внутренней полости лазерного диода с шириной линии ≈ 10 МГц и бесплатный спектральный диапазон ≈ 80 ГГц . Красная черта: Внутренняя полость из диода покрытием антибликовым. Эти диоды будут иметь ширину линии в диапазоне нм голубой:. Внешние моды резонатора с шириной линии ≈ 500 кГц и свободной спектральном диапазоне ≈ 5 ГГц. С 3 см в длину внешнего резонатора. Регулировка решетки угол будет сместить центр зеленой кривой и си<html> менно изменить внешний длину резонатора, в свою очередь сдвига синюю кривую, а также. Регулировка тока диода и температуры сместится красные кривые. <img alt="Рисунок 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51184/51184fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51184/51184fig4.jpg" /> .. Рисунок 4 абсорбционной спектроскопии Насыщенные и соответствующий сигнал ошибки для рубидия 87 Нижняя кривая:. Пики поглощения Насыщенные на гораздо более широком пика поглощения Доплера, сформированного из Доплера свободного спектроскопии. Верхняя кривая: Сигнал ошибки для соответствующего насыщенной системы поглощения. Этикетки выше сигнала ошибки соответствуют атомного перехода (F → F &#39;). JPG &quot;/&gt; Рисунок 5. Зееман катушки. Катушка обернутые вокруг клетки парах рубидия, используемого в Зеемана модуляции. <img alt="Рисунок 6" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51184/51184fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51184/51184fig6.jpg" /> Рисунок 6. Лазерная ширина линии. Сигнала, полученного из анализатора спектра на биений, образованного двумя аналогичными лазеров. Из рисунка, ритм имеет частоту 206,24 МГц и шириной линии 0,3 МГц с временем интеграции 20 мс. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="635"><colgroup><col /><col /><col /></colgroup><tbody><tr height="24"><td height="24" style="height:24px;width:237px;"> Текущие управления </td><td style="width:123px;"> Диапазон </td><td style="width:275px;"> Шум </td></tr><tr height="21"><td heighт = стиль &quot;21&quot; = &quot;высота: 21px;&quot;&gt; Thor Labs: </td><td></td><td></td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> LDC200CV </td><td> 0-20 мА </td><td> &lt;1 мкА (10 Гц -10 МГц) </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> LDC201CU </td><td> 0-100 мА </td><td> &lt;0,2 мкА (10 Гц -10 МГц) </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> LDC202C </td><td> 0-200 мА </td><td> &lt;1,5 мкА (10 Гц -1 МГц) </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> LDC205C </td><td> 0-500 мА </td><td> &lt;3 мкА (10 Гц -1 МГц) </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> Moglabs: </td><td></td><td></td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> DLC-202 </td><td> 0-200 мА </td><td> &lt;300 пА / √ Гц </td></tr><tr height="21"><td height="21" style= &quot;Высота: 21px;&quot;&gt; DLC-252 </td><td> 0-250 мА </td><td> &lt;300 пА / √ Гц </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> DLC-502 </td><td> 0-500 мА </td><td> &lt;300 пА / √ Гц </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> Stanford Research Systems: </td><td></td><td></td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> LDC500 </td><td> 0-100 мА </td><td> &lt;0,9 мкА RMS (10 Гц -1 МГц) </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> LDC501 </td><td> 0-500 мА </td><td> &lt;4,5 мкА RMS (10 Гц -1 МГц) </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> Toptica: </td><td></td><td></td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> ДКК 110/100 </td><td> 0-100 мА </td><td> 200 нА RMS (5 Гц-1 МГц) </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> Постоянный токС 110/500 </td><td> 0-500 мА </td><td> 1 мкА RMS (5 Гц-1 МГц) </td></tr><tr height="24"><td height="24" style="height:24px;"> Регуляторы температуры </td><td></td><td></td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> Thor Labs: </td><td></td><td></td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> TED200C </td><td> От -45 до 145 ° C </td><td> ± 2 мК </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> Moglabs: </td><td></td><td></td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> DLC-202 </td><td> От -40 до 50 ° C </td><td> ± 5 мК </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> DLC-252 </td><td> От -40 до 50 ° C </td><td> ± 5 мК </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> DLC-502 </td><td> От -40 до 50 ° C </td><td> ± 5 мК </td> &lt;/ TR&gt; <tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> Stanford Research Systems: </td><td></td><td></td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> LDC500 </td><td> От -55 до 150 ° C </td><td> ± 2 мК </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> LDC501 </td><td> От -55 до 150 ° C </td><td> ± 2 мК </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> Toptica: </td><td></td><td></td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> DTC 110 </td><td> 0-50 ° C </td><td> ± 2 мК </td></tr></tbody></table> Таблица 1. Ток диода и регуляторы температуры. Диодные тока и температуры контроллеры различных компаний &#39;с их диапазонов и уровней шума.

Watch this Scientific Journal Video about Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics at JoVE.com

Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics

Это учебное бумаги для руководства строительством и диагностику внешних полости диодных лазеров (ECDLs), в том числе выбора компонентов и оптического выстраивания, а также основам измерений опорной частоты спектроскопии и ширину линии лазера для применения в области атомной физики.

Строительство и характеристика внешнего резонатора диодных лазеров для атомной физики

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Изготовление и характеристика фотонного кристалла медленно волноводы Света и полостей

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities

Строительство микроскопа высокого разрешения с обычными и голографические оптические возможности отлова

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular ...

Sputter Growth and Characterization of Metamagnetic B2-ordered FeRh Epilayers

Sputter Рост и характеристика метамагнитные В2-приказал FeRh эпитаксиальных слоев

Chemically ordered alloys are useful in a variety of magnetic nanotechnologies. They are most conveniently prepared at an industrial scale using ...

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

Измерительные атомарного водорода и двухатомном молекулярной AlO, C<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, и TiO Спектры следующих Лазерно-индуцированное Оптический пробой

In this work, we present time-resolved measurements of atomic and diatomic spectra following laser-induced optical breakdown. A typical LIBS arrangement ...

Characterization of Recombination Effects in a Liquid Ionization Chamber Used for the Dosimetry of a Radiosurgical Accelerator

Характеристика рекомбинации Effects в ионизационной камеры жидкость, используемая для дозиметрии в радиохирургического Accelerator

Most modern radiation therapy devices allow the use of very small fields, either through beamlets in Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) or via ...

Writing and Low-Temperature Characterization of Oxide Nanostructures

Написание и низкотемпературной Характеристика оксидных наноструктур

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions.  Oxide ...

Electrochemical Etching and Characterization of Sharp Field Emission Points for Electron Impact Ionization

Электрохимическое травление и характеристика точек Sharp поля излучения для ионизацией электронным ударом

A new variation of the drop-off method for fabricating field emission points by electrochemically etching tungsten rods in a NaOH solution is described. ...

Resonance Fluorescence of an InGaAs Quantum Dot in a Planar Cavity Using Orthogonal Excitation and Detection

Резонансной флюоресценции InGaAs Квантовая точка в плоские полости с использованием ортогональных возбуждения и обнаружения

The ability to perform simultaneous resonant excitation and fluorescence detection is important for quantum optical measurements of quantum dots (QDs). ...

Production and Characterization of Vacuum Deposited Organic Light Emitting Diodes

Производство и характеристика пылесос на хранение органических светоизлучающих диодов

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex ...

Construction and Operation of a Light-driven Gold Nanorod Rotary Motor System

Строительство и эксплуатация свет driven золото Nanorod Ротари двигательной системы

The possibility to generate and measure rotation and torque at the nanoscale is of fundamental interest to the study and application of biological and ...