对铷原子的操控通常使用基于二极管的激光系统，这类系统通常能产生几百毫瓦的可用780纳米功率。然而，许多原子光学应用需要更高的激光功率，同时保持窄线宽和高空间光束质量。一种方法是对1560纳米光纤激光器进行倍频，从而获得数十瓦的光功率。.
在倍频1560nm连续波二次谐波产生（CW SHG）系统中，采用Covesion MgO:PPLN晶体已在780nm波长处产生高达11W的功率[1]。此外，在采用两个级联MgO:PPLN晶体的准连续波系统中，已在780nm波长处实现了43W的峰值功率，效率为66%[2]。下文将详细讨论实验装置、二次谐波产生晶体以及导致这些结果的聚焦条件。.
这些基于 MgO:PPLN 的激光系统已应用于多个领域，包括演示 54 厘米范围内的量子µm叠加 [3]、精密重力仪 [4]、用于玻色-爱因斯坦凝聚体的双物种原子干涉仪 [5] 以及一种能够同时高精度测量重力和磁场梯度的新型传感器 [6]。.
澳大利亚国立大学 (ANU) 的量子µm功率为11.4 W 的窄线宽激光光源 [1]。他们使用一台 30 W 的 1560 nm 光纤激光器，采用单程倍频方案，实现了线宽为 6 kHz、效率为 36% 的 780 nm 激光器。这相当于效率为 0.3%/Wcm（在低增益系统中，通常可以达到 0.6%/W/cm），并且晶体的最大µm输入强度为 500 kW/cm²。该系统运行超过 2200 小时，功率没有下降。图 1 显示了倍频输出功率，插图显示了 780 nm 光的空间模式。经测量，该 780 nm 光源的线宽在 100 ms 内积分为 6 kHz。
图 2 显示了激光系统的光学装置，包括 30W 1560nm 激光器、MgO:PPLN 晶体和用于锁定种子激光的铷光阱。倍频晶体采用标准 MSHG1550-1.0-40，并在配备 OC1 温度控制器的 PV40 烘箱中加热。晶体参数和聚焦条件如下：
- 周期 = 19.5µm，温度 = 81.60℃
- 晶体长度 = 40 毫米，厚度 = 1 毫米
- 焦距为 50 毫米的透镜，其直径的 1/e² 等于 1.1 毫米
- 相当于晶体中心计算出的 45µm 光斑尺寸（半径为 1/e²）
- 晶体的最大µm输入强度 = 500kW/cm²
斯坦福大学 Kasevich 研究组已演示了 43W 的准连续波 780nm 光 [2]。Chiow 等人描述了一种使用两个 MgO:PPLN 晶体的µm单程二次谐波产生 (SHG) 系统。该系统与两个 1560nm 30Wµm放大器组合，通过调节这两个光源之间的相对相位，可以控制 780nm 输出的时域轮廓。在 65W 的组合功率下，780nm 处实现了 43W 的峰值功率，对应的效率为 66%。使用单个晶体时，效率为 52%。图 3 显示了单个晶体和两个级联晶体的 SHG 输出峰值功率。Sané 等人的数据也以绿色显示，结果几乎相同。.
中还以绿色显示了 Sané 等人的数据。
图 4 展示了激光系统的光学结构，包括两个光纤放大器 (FA) 和两个级联的 MgO:PPLN 晶体。系统采用置于 PV40 晶体箱中的标准 MSHG1550-1.0-40 晶体，周期为 19.2 µm，工作温度为 150℃。波长为 19.2 µm光束经焦距为 50 mm 的透镜聚焦到 PPLN1 晶体上，然后由曲率半径为 10 cm 的曲面镜 (CM) 准直输出光束，再由另一块曲面镜 (CM) 将其聚焦到 PPLN2 晶体上。对级联系统 780 nm 光束的空间轮廓进行分析，测得光束质量为 M² = 1.15 ± 0.2。.
参考
- SS Sané 等人，“用于对 Rubidi µm进行激光冷却和操控的 780 nm 11 W 窄线宽激光源”，Opt. Express，第 20 卷，第 8 期，第 8915-9 页，2012 年。.
- S. Chiow 等人，“通过周期极化锂µm铌酸盐晶体中的高效单程倍频产生 43 W 准连续 780 nm 激光”，Opt. Lett.，第 37 卷，第 18 期，第 3861-3 页，2012 年。.
- T. Kovachy 等人，“半米尺度的量子µm叠加”，《自然》，第 528 卷，第 7583 期，第 530-533 页，2015 年。.
- PA Altin 等人，“基于布拉格衍射的精密原子重力仪”，《新物理学杂志》，第 15 卷，第 2 期，第 23009 页，2013 年。.
- CCN Kuhn 等人，“玻色凝聚态双物种同时马赫-曾德尔原子干涉仪”，《新物理学杂志》，第 16 卷，第 7 期，第 73035 页，2014 年。.
- KS Hardman 等人，“利用玻色-爱因斯坦凝聚体同时进行高精度重力测量和磁梯度测量：一种高精度量子µm传感器”，《物理评论快报》，第 117 卷，第 13 期，第 138501 页，2016 年。
分享文章
