Active control of a diode laser with injection locking
本研究提出一种基于注入锁定的二极管激光器主动稳定方法，借助窄线宽激光滤波器增强的光电探测与主动反馈，无需大型设备即可同时实现高光谱纯度与低强度噪声，可简化其在集成光学系统中的应用。
2021-05-24 physics.ins-det physics.optics
Continuous frequency tuning of an external cavity diode laser significantly beyond the free spectral range by sweeping the injection current
本研究针对外腔二极管激光器的频率调谐问题，通过使用带增透膜的激光二极管并仅扫描注入电流，实现了远超自由光谱范围的连续调谐，结合理论分析揭示了增透膜对拓宽调谐范围的作用。
2023-09-14 physics.ins-det physics.optics
On-the-fly precision spectroscopy with a dual-modulated tunable diode laser and Hz-level referencing to a cavity
高分辨率激光光谱学的进步使物理学、化学、生物学和天文学领域的许多科学突破成为可能。光学频率梳以超高频率精度和快速测量速度推动了测量极限，而可调谐二极管激光光谱学则用于需要高功率和连续光谱覆盖的场景。尽管可调谐二极管激光光谱具有这些优点，但由于扫描速度的波动，精确确定激光的瞬时频率是具有挑战性的。在这里，我们展示了一个简单的光谱方案与频率调制二极管激光器，参考二极管激光器的飞行到一个光纤腔与子15 Hz的频率精度在11太赫兹范围内，测量速度为1太赫兹/秒。与现有的二极管激光光谱方法相比，这是两个数量级以上的改进。我们的方案提供了精确的频率校准标记，同时跟踪激光的瞬时扫描速度。我们展示了几个应用，包括超高Q值微谐振器的色散测量和HF气室的光谱学，其可用于可调谐二极管激光器的绝对频率参考。这种光谱方案的简单性，鲁棒性和低成本对于LIDAR，气体光谱和环境监测等实验室外应用非常有价值。
2023-03-24 physics.ins-det physics.optics
Wideband current modulation of diode lasers for frequency stabilization
我们提出了一种电流调制技术的二极管激光器系统，是专门设计的高带宽激光频率稳定和宽带频率调制与平坦的传递函数。它由一个专用电流源和一个阻抗匹配电路组成，两者都靠近激光二极管放置。采用外腔二极管激光器（ECDL）系统的传输行为的系统进行了分析。我们实现了相位滞后小于90 $°$高达25 MHz和$\pm$ 3 dB的增益平坦度在DC到100 MHz的频率范围内，而激光系统的无源稳定性不受损害。在两个ECDL系统之间的光锁相环中证明了所提出的电流调制方案的潜力，从而改善了相位噪声为42 mrad $_{rms}$。设计文件作为开源项目提供。
2022-07-11 physics.ins-det physics.optics
A low-temperature external cavity diode laser for broad wavelength tuning
我们报道了一种用于宽波长调谐的低温外腔半导体激光器（ECDL）系统的设计和表征。利用多个二极管模型实现的性能解决了低于633 nm的商业红色激光二极管的稀缺性，633 nm是与许多分子和离子的光谱学相关的波长范围。使用多级热电冷却和水冷却的组合，激光二极管的工作温度降低到-64 ° C，比环境温度低85°C以上。该激光系统集成了温度和衍射光栅反馈可调谐性，分别用于粗调和微调波长。对于两种不同的二极管模型，单模操作实现了38 mW的输出功率在616.8 nm和69 mW在622.6 nm，超过15 nm低于其环境温度自由运行波长。ECDL设计可用于任何可用波长的二极管，允许单个二极管在数十纳米范围内连续调谐，并扩展了商用激光二极管的波长覆盖范围。
2016-07-05 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.ins-det
Interrogation of a fiber Fabry-Perot sensor by current modulation of a diode laser
提出了一种利用半导体激光器光源的电流调制对无源光纤光栅法布里-珀罗谐振腔进行远程解调的方法。由于RF振幅和频率调制的存在，它是超灵敏的Pound-Drever-Hall激光频率锁定技术的变体。我们证明，电流调制和干涉解调消除了对相位调制器的传感架构的需要。
2004-11-09 physics.ins-det physics.optics
Active Stabilization of a Diode Laser Injection Lock
报道了一种半导体激光器光注入锁定的电子稳定装置。我们的技术使用扫描法布里-珀罗腔上的激光器的传输信号的峰值高度作为参考，并反馈到二极管电流，从而在注入模式中保持最大光功率。双组分反馈算法提供了注入锁的持续优化，使其对缓慢的热漂移保持鲁棒性，并允许从突然故障（例如注入束的暂时阻塞）中快速恢复。我们证明了我们的稳定方法在二极管激光器设置在399 nm用于激光冷却的Yb原子的成功性能。该器件简化了对被动稳定的要求，并且可以有益于任何二极管激光器注入锁定应用，特别是那些采用几个这样的锁定的应用。
2016-06-14 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Simple, low-noise piezo driver with feed-forward for broad tuning of external cavity diode lasers
提出了一种低成本、低噪声（$<260~μ$ V $_{rms}$，0.1~Hz - 100~kHz）的压电驱动器设计，适用于外腔二极管激光器的频率调谐。这种简单的驱动器通过结合电路以产生适合于对压电电压和激光器电流进行同时调节的“前馈”信号而改进了许多商业上可获得的驱动器，从而使得无模式跳变的激光器频率调谐范围得到显著改进。我们提出了我们的驱动程序的操作背后的理论，其输出噪声的特点，并证明其使用的吸收光谱的铷D $_1$线。
2020-07-27 physics.atom-ph physics.ins-det
Laser source for dimensional metrology: investigation of an iodine stabilized system based on narrow linewidth 633 nm DBR diode
我们证明，碘稳定的分布布拉格反射器（DBR）二极管为基础的激光系统在接近$λ= 633\,$ nm的波长激射可以用作替代激光源的He-Ne激光器在科学和工业计量。除了光频稳定性和相干性之外，这还产生了额外的优点：固有的可追溯性、更宽的光频调谐范围、更高的输出功率和高频调制能力。我们的实验研究的激光源的特性，在两个主要步骤：首先使用波长计参考频率梳控制的氢脉泽，然后在干涉光学工作台测试平台上，我们比较了激光系统的性能与传统的频率稳定的氦氖激光器。结果表明，DBR二极管激光器系统提供了一个很好的激光源的尺寸（纳米）计量的应用，特别是在结合新的干涉检测方法，利用高频调制或多轴测量系统。
2019-05-02 physics.ins-det physics.optics
Low-Drift-Rate External Cavity Diode Laser
本文设计并验证了一种采用近单片铝结构的低成本外腔二极管激光器，在852 nm处实现1.4(1) MHz/h的低自由运行频率漂移率，并通过热仿真表明漂移主要受激光二极管老化限制。
2022-05-25 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
High-performance frequency stabilization of ultraviolet diode lasers by using dichroic atomic vapor spectroscopy and transfer cavity
紫外（UV）二极管激光器广泛用于许多光子学应用中。但是它们的稳频方案并不像倍频激光器那样成熟，主要是由于在紫外光谱区的一些限制。在这里，我们开发了一种高性能的紫外稳频技术，直接实现在紫外二极管激光器上的二向色原子蒸气激光锁和共振转移腔锁相结合。作为一个例子，我们证明了一个稳定的锁定与频率标准偏差约为200 KHz和300 KHz的399 nm和370 nm的二极管激光器在20分钟。我们实现了一个小时内的目标370 nm激光的长期频率漂移不超过1 MHz，这是进一步验证了一个单一的捕获$^{171}$ Yb $^+$离子的荧光计数率。我们还发现锁定点与温度和大气压力等环境因素之间存在很强的线性相关性。
2020-04-08 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Simple and compact diode laser system stabilized to Doppler-broadened iodine-lines at 633 nm
我们提出了一个紧凑的碘稳定的激光系统在633 nm，基于分布反馈激光二极管。在$27\times 15$ cm $^2$的覆盖区内，系统从单模光纤提供5 mW的频率稳定光。它的性能进行了评估比较Cs时钟代表的主要频率标准，实现SI单位Hz通过光学频率梳。在最佳吸收线的情况下，对于10 s以上的平均时间，激光器达到低于$10^{-10}$的分数频率不稳定性。在几条碘生产线上研究了性能，并开发了一个模型来描述在不同生产线上观察到的稳定性。
2020-11-05 physics.ins-det physics.optics
Design of a Littrow-type diode laser with independent control of cavity length and grating rotation
提出了一种基于改进Littrow结构的新型扩展腔半导体激光器（ECDL）。通过将压电换能器定位在二极管激光器后面，经由衍射光栅的旋转的粗波长调节与外腔模式的微调解耦，使得激光器即使具有长的外腔也能抵抗未对准和滞后。用780 nm激光二极管测试了具有不同长度外腔的两个激光器原型，并锁定到原子参考。我们观察到一个模式跳变自由频率调谐范围比自由的外腔的光谱范围时，其长度的变化。该设计非常适合需要高水平稳定性的原子和分子实验。
2022-02-10 cond-mat.other physics.atom-ph physics.ins-det
A single-mode external cavity diode laser using an intra-cavity atomic Faraday filter with short-term linewidth $<400$ kHz and long-term stability of $<1$ MHz
我们报告的二极管激光系统的发展-“法拉第激光器”-使用原子法拉第过滤器作为频率选择元件。与提供可调谐输出频率但需要额外控制系统以实现稳定输出频率的典型外腔二极管激光器系统相比，我们的系统仅在由内部原子法拉第滤波器的峰值传输频率设定的单个频率下发射激光。我们的系统具有短期和长期的稳定性小于1 MHz，这是小于碱金属原子的D-线的自然线宽，使类似的系统适合用作“交钥匙”解决方案的激光冷却实验。
2016-07-07 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Third-harmonic-generation of a diode laser for quantum control of beryllium ions
我们产生的相干紫外辐射在313 nm的外腔二极管激光器的第三谐波。我们利用这种辐射对被囚禁的铍原子离子进行了激光冷却，并对共囚禁的铍氢化物分子离子进行了共振冷却。增强腔中的LBO晶体产生二次谐波，并且双谐振增强腔中的BBO晶体将该二次谐波与基波混合以产生三次谐波。每个增强腔之前是一个锥形放大器，以增加基本光。这种全半导体增益系统的36 mW输出功率将使铍离子运动的量子控制成为可能。
2017-02-05 physics.ins-det physics.optics
Low phase noise diode laser oscillator for 1S-2S spectroscopy in atomic hydrogen
我们报告了一个低噪声二极管激光振荡器在972 nm主动稳定到一个超稳定的振动和热补偿参考腔。为了提高激光功率在载流子中的份额，我们设计了一个20厘米长的外腔半导体激光器，腔内电光调制器。在10，MHz带宽下，载波部分功率达到99.9%，相位噪声均方根值为$ϕ^2_\textrm{rms}=1\,\textrm{mrad}^2$。利用该振荡器，我们记录了氢原子的1 S-2S光谱，并且没有观察到由于三个连续的双光子过程中的相位噪声倍增而导致的激发效率的任何显著损失。
2011-07-08 physics.ins-det physics.optics quant-ph
External Cavity Diode Laser Setup with Two Interference Filters
我们提出了一种外腔二极管激光器的设置使用两个相同的，市售的干涉滤光片在蓝色波长范围内约450 nm。这两个滤波器的组合减小了透射宽度，同时增加了边缘陡度，而没有显著降低峰值透射率。由于与蓝色激光二极管的内部模式间隔相比，这种干涉滤光片的光谱透射较宽，因此增加了基于锁定到腔的Hänsch-Couillaud的附加锁定方案以提高稳定性。激光器通过饱和光谱稳定到碲光谱中的一条线，并且通过监测锁定的误差信号和补偿由于气压变化引起的外部谐振器的长度变化的压电驱动器来证明持续两天的单频操作。文中还给出了滤波器的透射曲线和二极管样品的光谱。
2017-01-09 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
A 3.5-THz, x6-Harmonic, Single-Ended Schottky Diode Mixer for Frequency Stabilization of Quantum-Cascade Lasers
高效、紧凑的频率转换器对于太赫兹源的频率稳定是必不可少的。在本文中，我们提出了一个3.5太赫兹，x6谐波，集成肖特基二极管混频器工作在室温下。所设计的频率转换器是基于一个单端，平面肖特基二极管与亚微米的阳极接触面积上的悬浮2- $μ$ m超薄GaAs衬底定义。直流接地阳极垫与射频E面探头相结合，形成了一个电气紧凑的电路。在200 MHz中频，测量到混频器转换损耗约为59 dB，锁相3.5 THz量子级联激光器的信噪比约为40 dB。利用准静态二极管模型结合电磁仿真，得到了与测量结果很好的一致。无需低温冷却的谐波变频器将有助于实现高灵敏度的空间和空中外差接收机。
2021-08-29 physics.ins-det physics.optics
Simple three-stage frequency-stabilized diode laser system using injection-locking and tapered amplifier
我们研制了一个简单的三级放大可调谐连续半导体激光器系统，包括：Littrow配置的主激光器，频率稳定的二向色原子蒸气激光锁（DAVLL），声光移频器（AOM），注入锁定从激光器和锥形放大器（TA）。Slave放大频移光束并抑制其强度对AOM载波频率的强烈依赖性（在0.5%以内），从而充当有效的光限制器。光束在TA中被进一步放大。系统工作波长为780 nm，输出功率大于700 mW，时均线宽为0.6 MHz，频率漂移小于2 MHz/h。模式跳自由调谐范围的主金额2 GHz，DAVLL允许在400 MHz的范围内的锁定点可调谐性。精细（具有数十kHz精度）调谐范围跨越70 MHz，由所应用的AOM模型确定。对系统进行了详细的描述，并对其性能进行了测试。基本部件都是在我们实验室设计和制造的。
2020-12-26 physics.ins-det physics.optics
Amplitude to phase conversion of InGaAs pin photo-diodes for femtosecond lasers microwave signal generation
当光电二极管被来自飞秒激光器的脉冲训练照射时，它在其带宽内产生重复频率谐波的微波分量。已知这些分量的相位（相对于光脉冲训练）取决于每个脉冲的光能。我们提出了一个实验研究，这种依赖性的InGaAs pin光电二极管照明超短脉冲产生的掺铒光纤飞秒激光器。测量了两种典型探测器在接近和高于饱和的冲击脉冲能量的大范围内的能量与相位的关系，这两种探测器通常用于基于飞秒激光的光学频率梳的光学频率计量。当扫描光脉冲能量时，发现将相位变化与能量变化相关联的系数在正值和负值之间交替，具有许多（对于重复率的高谐波）消失点。通过在这些消失点之一附近操作系统，基于商用纤芯光纤的飞秒激光器的典型幅度噪声水平足够低，以生成最先进的超低相位噪声微波信号，几乎不受幅度到相位转换相关噪声的影响。
2011-04-22 physics.ins-det physics.optics
Autonomous frequency stabilization of two extended cavity diode lasers at the potassium wavelength on a sounding rocket
我们已经开发，组装，并飞行证明了一个稳定的，紧凑的，自主扩展腔二极管激光器（ECDL）系统设计的原子物理学实验在空间。为此，在探空火箭飞行期间，通过39^K的频率调制光谱（FMS）和基于两个ECDL的拍音的偏移锁定技术，对两个766.7 nm的微型集成ECDL进行了频率稳定。频率稳定以及测试热冗余机制的附加硬件和软件作为状态机的一部分实施，该状态机在整个飞行任务中完全自主地控制实验。
2016-10-28 physics.atom-ph physics.ins-det
High passive-stability diode-laser design for use in atomic-physics experiments
我们提出的设计和性能表征的外腔半导体激光器系统优化的高稳定性，低无源光谱线宽，低成本，易于在内部组装。主腔体由单个铝块加工而成，以确保对温度变化和机械振动的鲁棒性，并具有刚性和轻型衍射光栅臂，以抑制低频机械共振。腔室是真空密封的，定制成型的硅胶外壳进一步将系统与噪音和温度波动隔离开来。集成了光束整形、光隔离和光纤耦合功能，该设计可轻松适应多种常用波长。新设计的谐振数据、无源线宽数据和无源稳定性表征表明，其性能超过了商用精密二极管激光系统的已公布规格。该设计是完全记录和免费提供。
2012-03-03 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Versatile Digital GHz Phase Lock for External Cavity Diode Lasers
介绍了一种适用于原子物理学实验的通用、廉价、简单的光学锁相器。由于全数字相位检测和拍频预缩放的实现，该装置不需要微波范围的参考输入，并且允许在从sub-MHz到7 GHz（并且稍微扩展到12 GHz）的频率差处锁相。因此，锁定范围涵盖了所有碱金属的基态超精细分裂，这使得该系统的光与原子之间的相干相互作用的许多实验的通用工具。
2010-01-11 physics.ins-det quant-ph
A high-power 626 nm diode laser system for Beryllium ion trapping
我们描述了一个高功率，频率可调谐，外腔二极管激光器（ECDL）系统的626 nm附近的激光冷却捕获的$^9$的$^+$离子有用。将在635 nm处具有170 mW额定功率输出的商业单模激光二极管冷却至$\approx - 31$ C，并且经由Littrow配置选择单纵模。在我们的设置中，涉及多个阶段的热电冷却，我们能够获得$\approx$ 130 mW的626 nm附近，足够的有效倍频到所需的多普勒冷却波长附近的电离铍。为了提高非线性频率转换效率，我们通过从激光器的注入锁定来获得更大的有用功率。以这种方式，从输出功率的全部可用于倍频，同时可以对主输出执行分析。我们相信，这种简单的激光系统解决了离子捕获社区的关键需求，并大大降低了与铍离子捕获实验相关的成本和复杂性。
2013-04-07 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Compact, robust, and spectrally pure diode-laser system with a filtered output and a tunable copy for absolute referencing
报道了一种由高稳定性扩展腔半导体激光器和预滤波法布里-珀罗腔组成的紧凑型激光系统的设计。使用锯齿波技术使激光器相对于腔频率稳定，校正带宽为$\geq 6$ MHz，动态范围为$\geq 700$ MHz。自由运行激光系统具有主要集中在声频范围内的功率谱密度（PSD）$\leq 100$ Hz $^{2}$ /Hz。提供了光谱纯输出光束的高度可调谐的$0.5-1.3$ GHz拷贝，其可用于将激光系统进一步稳定到超稳定参考。我们演示了一个简单的单通道锁定这样一个基准，使PSD的子Hz水平。调谐、频率稳定和边带印记通过最少数量的关键元件实现，包括光纤EOM（电光调制器）、AOM（声光调制器）和NLTL（非线性传输线）。该系统易于操作，可扩展，高度适用于要求高光谱纯度，长期稳定性和鲁棒性的原子/分子实验。
2015-02-04 cond-mat.quant-gas physics.ins-det physics.optics
