外腔半導體(ti) 激光器因其體(ti) 積小、壽命長、效率高等諸多優(you) 點得到了廣泛的国产成人在线观看免费网站，特別是在冷原子領域，要求激光器有窄線寬以及高頻率
的輸出穩定性。本文主要對半導體(ti) 激光器中幾種常見的調製穩頻方法進行簡單介紹。
半導體(ti) 激光器的穩頻方法簡介（調製穩頻）
由於(yu) 在冷原子方麵国产成人在线观看免费网站，對外腔半導體(ti) 激光器的線寬，頻率穩定性，相位等性能有很高的要求。非調製穩頻技術對於(yu) 激光功率的波動較
為(wei) 敏感，穩定度相對較低，並且由於(yu) 鎖定在目標吸收峰的邊峰上，而無法鎖定在峰頂，容易發生頻偏。而調製穩頻簡單來說就是在實驗
係統中加入調製信號來獲取鑒頻曲線，一般為(wei) 正弦信號。可以在飽和吸收峰附近範圍內(nei) 產(chan) 生一個(ge) 單調的誤差信號，將激光器頻率鎖定在
飽和吸收峰處。激光調製又分為(wei) 內(nei) 調製以及外調製，顧名思義(yi) 內(nei) 調製是將調製信號直接加載到激光器本身的輸出頻率上，而外調製穩頻
可以使用聲光、電光器件或者將調製信號加載到原子的躍遷頻率上。
內(nei) 調製穩頻
內(nei) 穩頻調製一般是在飽和吸收光譜( Saturated Absorption Spectra，SAS)穩頻技術的基礎上進行，在冷原子實驗上所用的光基本上都
是和原子躍遷線共振或者近共振的所以基於(yu) 原子躍遷線的飽和吸收穩頻法成為(wei) 選擇。飽和吸收穩頻法是利用原子吸收室對激光頻率吸收
產(chan) 生吸收凹陷，光電探測器接收後進行光電轉換，示波器則顯示出功率吸收峰，然後將吸收峰對應的原子頻率作為(wei) 參考頻率，之後將激
光器頻率穩定到參考頻率上的穩頻方法。
而施加調製信號，通過人為(wei) 地讓激光頻率以己知的規律在吸收峰附近變化，從(cong) 而檢測出吸收峰的一階微分（或奇數階微分）信號，由此
可以得到激光中心頻率和基準頻率的偏差，如此一來便可以鎖定在吸收峰的峰頂處，得到穩定的頻率基準。對於(yu) 內(nei) 調製而言，可以將調
製信號添加到半導體(ti) 激光器的注入電流或控製腔長的壓電陶瓷處，從(cong) 而使得激光輸出頻率發生變化。其中電流調製可以實現非常高的頻
率調製，這是半導體(ti) 激光器的優(you) 點所在，使用方便，經常運用於(yu) 穩頻與(yu) 鎖頻中。
圖1：帶調製的飽和吸收穩頻法實驗原理圖
外調製穩頻
由於(yu) 內(nei) 調製穩頻的調製信號是加載在激光器本身，即使已經頻率鎖定的情況下，輸出的激光頻率也會(hui) 難免帶有調製信號，引入額外噪聲
造成一定抖動，而外調製的穩頻的方法正是針對這個(ge) 問題而提出的。其中通過電光調製器以及聲光調製器可以實現基於(yu) 頻率調製光譜的
PDH（Pound-Drever-Hall）、調製轉移光譜技術（MTS, modulation transfer spectroscopy）等調製方法，但由於(yu) 會(hui) 增加光路的複
雜性, 並且損失了一部分可觀的光功率，這裏不做詳細的介紹。而塞曼 (Zeeman) 調製穩頻不但對於(yu) 激光器的鎖定頻率輸出沒有調製，
並且光路也較為(wei) 簡單，實驗效率較高。
塞曼調製穩頻簡單來說是需要給 Rb 原子池施加調製，通過纏繞在原子池周圍的線圈來調製磁場來改變 Rb 的原子能級，從(cong) 而實現對激
光器輸出頻率的調製。在磁場的作用下，原子磁子能級塞曼分裂，上、下能級發生移動。當磁場較弱時，可以通過塞曼效應定量計算移
動量：△E=MgμBB，其中M為(wei) 磁量子數，μB為(wei) 玻爾磁子，B為(wei) 磁感應強度，g為(wei) 朗德因子。激光在進入Rb原子池前先通過λ/4波片，將
線偏振光變為(wei) 圓偏振光，做為(wei) 探測光。由於(yu) 光抽運效應的存在，幾乎可以認為(wei) 原子在某兩(liang) 個(ge) 能級上發生循環躍遷（以87Rb的
F=2→F’=3超精細躍遷為(wei) 例，經過光抽運後，可以認為(wei) 原子都布居在mF=+2和mF'=+3兩(liang) 個(ge) 能級上進行循環躍遷），就可以求出躍
遷過程中上下能級的相對移動量。
圖2：87Rb 原子光抽運後的能級結構圖
因此如果我們(men) 將調製的正弦信號加載到原子所處的外磁場中，就相當於(yu) 對原子的兩(liang) 能級之間的躍遷頻率進行調製，因此對於(yu) 頻率穩定的
圓偏振光來說，原子對它的吸收就是帶有調製的，這是塞曼調製穩頻的基本原理。
圖3：MOGLabs CEL激光器塞曼調製穩頻的典型配置
以MOGLabs所生產(chan) 的CEL貓眼外腔半導體(ti) 激光器為(wei) 例，該款激光器所配備的控製器可以實現非調製穩頻以及調製穩頻。在使用塞曼穩
頻調製時，MOGLabs控製器內(nei) 存在的250kHZ振蕩器將調製信號施加於(yu) 塞曼線圈，激光通過Rb原子池後被光電探測器接收，經過鎖相
鑒相得到誤差信號，再反饋給激光器的壓電陶瓷或二極管電流，如此調節激光器頻率，使其穩定在所需的頻率上。
穩頻效果的對比
在孫黎的《半導體(ti) 激光器穩頻方法的對比研究》一文中，對非調製穩頻以及調製穩頻的幾種方法分別搭建實驗平台，對穩頻性能進行了
評估。同樣將激光器鎖定在Rb：5S1/2F=3→5P1/2F’=2 co 3 吸收峰上，其中塞曼調製穩頻效果好，而非調製穩頻中DFDL穩頻法
也表現優(you) 異。而將調製信號加載在激光器上的飽和吸收穩頻法，一開始就因為(wei) 調製信號的影響帶有抖動，從(cong) 示波器上的顯示也可看出曲
線的不穩定，在鎖相環節因為(wei) 光的抖動造成一些不便，因此穩頻效果稍遜。
相關(guan) 文獻：
[1]孫黎. 半導體(ti) 激光器穩頻方法的對比研究[D].中北大學,2015.
[2]馬修泉,陳文蘭(lan) ,陳帥,劉新元,陳徐宗.半導體(ti) 激光器塞曼調製穩頻的實驗對比研究[J].量子光學學報,2005(04):171-175.
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