高功率单频671nm激光系统研究
发布时间：2021-09-28 11:12
激光技术的进步使得精确测量和调控原子分子系统成为现实,进而推动超冷原子物理实验迅速发展为量子模拟的理想研究平台。锂原子是超冷原子实验重要的研究对象,其质量较轻,结构简单,同时拥有费米子和玻色子两种稳定同位素,又方便Feshbach共振调控。在超冷锂原子实验中,通常需要瓦量级的671nm激光实现原子的冷却与囚禁。进一步地提升671nm激光功率,还可以有效降低亚多普勒冷却温度、实现高效蒸发冷却,大大提高6Li费米简并气体的原子数;此外,还可以搭配1342nm激光形成超晶格光场,实现基于超晶格量子气体的量子模拟实验平台。本论文基于超冷原子相关实验对于大功率671nm激光器的迫切需求,开展了大功率连续单频可调谐671nm激光系统的研究。论文以全固态激光结合外腔倍频方案为技术路线,对限制激光系统输出功率提升的晶体热效应、高功率倍频等主要难点和关键技术进行了深入和系统的研究,实现了可用于超冷原子实验的高功率连续输出、单频可调谐、窄线宽的1342nm激光器和671nm激光器,并具有良好的稳定性,可以为基于锂原子的超冷原子物理基础研究和工程应用提供重要的技术保障。具体的,本论文的研究工作包含以下三个主...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?６Ｌｉ和７Ｌｉ主要的原子能级图丨２０｜??
光晶格中超冷原子气体的广泛应用在前文己经描述，特别地，使用１：２波长比??例的两种激光可以形成更复杂的晶格体系，可称其为光学超晶格（Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｓ）。??超晶格使用两种波长１：２比例激光的叠加，如图１．２，?一束长波长红失谐，一束短??波长蓝失谐，可以产生比单一晶格更为复杂多样的周期性光势阱，对超冷原子产??生更复杂的量子力学行为，因此可以更深入和广泛地进行量子模拟和量子计算??等研宄。目前在使用７６７ｎｍ和１５３４ｎｍ激光产生的超晶格中，我们团队己经成功??Ｒｅｔｒｏ－Ｍｉｒｒｏｒ?Ａｔｏｍｉｃ?Ｃｌｏｕｄ?Ｄｉｃｌｉｒｏｉｃ－Ｍｉｎｒｏｒ??｜ｖ？Ａ．八？￣ｗｖｖｗｗｗ?＝ｃ??｜ｙｙｙｖｗｖｗｗｗｗｗｗｗｖ?ｓ—??ａ．２－ｐｈａｓｃ?Ｄ－ｐｈａｓｃ??图１．２超晶格的形成与叠加的势讲示意图［３４］??实现了两体自旋纠缠态［３５］，观察到了四体Ｒｉｎｇ－Ｅｘｃｈａｎｇｅ效应［３６］，并继续开??展超晶格中多体纠缠行为研究［３４，?３７］。??然而晶格激光对于激光功率要求比较高，１５３４ｎｍ波长及倍频产生的７６７ｎｍ??波长十分特别，成熟商业产品的功率不高。所以人们使用５３２ｎｍ和１０６４ｎｍ更为??成熟的激光波段来实现超晶格［３８］。如已经实现用５３２ｎｍ和１０６４ｎｍ制备二维的??ｋａｇｏｍｅ晶格
冷原子物理中用的商业半导体激光器，就要提到Ｔｏｐｔｉｃａ公司，其几乎是目前在??冷原子相关实验室应用最为广泛的半导体激光器厂商，其产品线基本能覆盖从??１９０ｎｍ深紫外激光到Ｏ．ｌＴＨｚ太赫兹波长。图１．４展示了其激光器在我们关心区域??能覆盖的波长，左图是ＥＣＤＬ式激光器，ＥＣＤＬ产生６７１ｎｍ激光最多可以到几??十毫瓦。ＥＣＤＬ激光器想实现高功率激光是十分困难的，一般商用单台激光器的??功率只能在几十毫瓦水平，这和内部的二极管芯片有关，这个波段的激光二极管??发展较晚，使用波长在６５０？６６０ｎｍ可以到达百毫瓦量级，但要到移频到６７１ｎｍ，??则需要升温达７０°Ｃ以上［４９］。??所以半导体激光器想要实现大功率就必须对ＥＣＤＬ出射的光进行再放大。锥??形放大器（ＴＡ）常用于提升来自单模二极管的功率，它们的单片设计中具有锥形??结构的单模脊形波导，可用以空间模式过滤，保持相同于种子光的良好的光束??质量，可以继承了种子源的所有属性。图１．４中右图是经过ＴＡ模块放大之后的功??率
【参考文献】：
期刊论文
[1]高功率拉曼光纤激光器技术研究进展[J]. 冯衍,姜华卫,张磊. 中国激光. 2017(02)
[2]All-Optical Production of Quantum Degeneracy and Molecular Bose-Einstein Condensation of 6Li[J]. 邓书金,刁鹏鹏,俞千里,武海斌. Chinese Physics Letters. 2015(05)
[3]LD泵浦Nd:YVO4/LBO单频671nm激光器[J]. 刘侠,王宇,常冬霞,贾晓军,彭堃墀. 量子光学学报. 2007(02)
[4]二极管泵浦单纵模Nd:YVO4/LBO红光激光器[J]. 郑权,赵岭,钱龙生. 量子电子学报. 2003(05)
博士论文
[1]连续可调谐单频激光器的研究[D]. 靳丕铦.山西大学 2018
[2]拓扑量子纠错的实验演示及锂钾玻色费米双超流系统的实验实现[D]. 陈昊泽.中国科学技术大学 2016
[3]光晶格中超冷原子自旋量子纠缠的实验研究[D]. 杨兵.中国科学技术大学 2017
[4]激光晶体热效应的改善及全固态高功率单频激光器的实验研究[D]. 王雅君.山西大学 2014
[5]基于冷原子系综的量子信息处理的研究[D]. 戴汉宁.中国科学技术大学 2013
[6]窄线宽染料激光稳频系统设计、实现及应用[D]. 刘芳.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2013
[7]连续单频可调谐钛宝石激光器及其强度噪声特性的研究[D]. 卢华东.山西大学 2011
[8]高功率全固态连续单频激光器的理论和实验研究[D]. 郑耀辉.山西大学 2009
[9]冷原子量子存储中的激光稳频与锁相技术[D]. 江晓.中国科学技术大学 2009
硕士论文
[1]基于自外差激光线宽测量方法改进的理论与实验研究[D]. 陈玖朋.中国科学院研究生院(国家授时中心) 2016
本文编号：3411788
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?６Ｌｉ和７Ｌｉ主要的原子能级图丨２０｜??
光晶格中超冷原子气体的广泛应用在前文己经描述，特别地，使用１：２波长比??例的两种激光可以形成更复杂的晶格体系，可称其为光学超晶格（Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｓ）。??超晶格使用两种波长１：２比例激光的叠加，如图１．２，?一束长波长红失谐，一束短??波长蓝失谐，可以产生比单一晶格更为复杂多样的周期性光势阱，对超冷原子产??生更复杂的量子力学行为，因此可以更深入和广泛地进行量子模拟和量子计算??等研宄。目前在使用７６７ｎｍ和１５３４ｎｍ激光产生的超晶格中，我们团队己经成功??Ｒｅｔｒｏ－Ｍｉｒｒｏｒ?Ａｔｏｍｉｃ?Ｃｌｏｕｄ?Ｄｉｃｌｉｒｏｉｃ－Ｍｉｎｒｏｒ??｜ｖ？Ａ．八？￣ｗｖｖｗｗｗ?＝ｃ??｜ｙｙｙｖｗｖｗｗｗｗｗｗｗｖ?ｓ—??ａ．２－ｐｈａｓｃ?Ｄ－ｐｈａｓｃ??图１．２超晶格的形成与叠加的势讲示意图［３４］??实现了两体自旋纠缠态［３５］，观察到了四体Ｒｉｎｇ－Ｅｘｃｈａｎｇｅ效应［３６］，并继续开??展超晶格中多体纠缠行为研究［３４，?３７］。??然而晶格激光对于激光功率要求比较高，１５３４ｎｍ波长及倍频产生的７６７ｎｍ??波长十分特别，成熟商业产品的功率不高。所以人们使用５３２ｎｍ和１０６４ｎｍ更为??成熟的激光波段来实现超晶格［３８］。如已经实现用５３２ｎｍ和１０６４ｎｍ制备二维的??ｋａｇｏｍｅ晶格
冷原子物理中用的商业半导体激光器，就要提到Ｔｏｐｔｉｃａ公司，其几乎是目前在??冷原子相关实验室应用最为广泛的半导体激光器厂商，其产品线基本能覆盖从??１９０ｎｍ深紫外激光到Ｏ．ｌＴＨｚ太赫兹波长。图１．４展示了其激光器在我们关心区域??能覆盖的波长，左图是ＥＣＤＬ式激光器，ＥＣＤＬ产生６７１ｎｍ激光最多可以到几??十毫瓦。ＥＣＤＬ激光器想实现高功率激光是十分困难的，一般商用单台激光器的??功率只能在几十毫瓦水平，这和内部的二极管芯片有关，这个波段的激光二极管??发展较晚，使用波长在６５０？６６０ｎｍ可以到达百毫瓦量级，但要到移频到６７１ｎｍ，??则需要升温达７０°Ｃ以上［４９］。??所以半导体激光器想要实现大功率就必须对ＥＣＤＬ出射的光进行再放大。锥??形放大器（ＴＡ）常用于提升来自单模二极管的功率，它们的单片设计中具有锥形??结构的单模脊形波导，可用以空间模式过滤，保持相同于种子光的良好的光束??质量，可以继承了种子源的所有属性。图１．４中右图是经过ＴＡ模块放大之后的功??率
【参考文献】：
期刊论文
[1]高功率拉曼光纤激光器技术研究进展[J]. 冯衍,姜华卫,张磊. 中国激光. 2017(02)
[2]All-Optical Production of Quantum Degeneracy and Molecular Bose-Einstein Condensation of 6Li[J]. 邓书金,刁鹏鹏,俞千里,武海斌. Chinese Physics Letters. 2015(05)
[3]LD泵浦Nd:YVO4/LBO单频671nm激光器[J]. 刘侠,王宇,常冬霞,贾晓军,彭堃墀. 量子光学学报. 2007(02)
[4]二极管泵浦单纵模Nd:YVO4/LBO红光激光器[J]. 郑权,赵岭,钱龙生. 量子电子学报. 2003(05)
博士论文
[1]连续可调谐单频激光器的研究[D]. 靳丕铦.山西大学 2018
[2]拓扑量子纠错的实验演示及锂钾玻色费米双超流系统的实验实现[D]. 陈昊泽.中国科学技术大学 2016
[3]光晶格中超冷原子自旋量子纠缠的实验研究[D]. 杨兵.中国科学技术大学 2017
[4]激光晶体热效应的改善及全固态高功率单频激光器的实验研究[D]. 王雅君.山西大学 2014
[5]基于冷原子系综的量子信息处理的研究[D]. 戴汉宁.中国科学技术大学 2013
[6]窄线宽染料激光稳频系统设计、实现及应用[D]. 刘芳.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2013
[7]连续单频可调谐钛宝石激光器及其强度噪声特性的研究[D]. 卢华东.山西大学 2011
[8]高功率全固态连续单频激光器的理论和实验研究[D]. 郑耀辉.山西大学 2009
[9]冷原子量子存储中的激光稳频与锁相技术[D]. 江晓.中国科学技术大学 2009
硕士论文
[1]基于自外差激光线宽测量方法改进的理论与实验研究[D]. 陈玖朋.中国科学院研究生院(国家授时中心) 2016
本文编号：3411788
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