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近年来,许多涉及到原子相干性的实验得到了广泛的研究和应用,如基于相干布居数囚禁(CoherentPopulationTrapping,CPT)的微波原子钟,电磁感应透明现象及基于此的光速减慢和量子存储实验,冷却原子至反冲极限以下的拉曼冷却等。这些实验都需要用到相位相干性很好且频率差在某个频率点附近可以连续调谐的两束激光。目前,这样的相干光主要靠锁相环电路负反馈锁定两束激光频差或者外调制激光注入锁定的方法获得。但两种方法都有其局限性。
本论文提供了一种新型的提供此类相干光源的方法。其中,用一台经过电流调制的垂直腔面发射激光器联系并锁定两台激光器相位差,使得这两台激光器成为频差可调谐的相干光源。通过两级级联的注入锁定,两台激光得到了很高的相干性和由调制频率控制的频率差。经测量,两束相干光的相位差波动(阿仑方差)仅为6.4×10-4rad2,对应的相位相干度高达99.94%。两束激光的频差可以在频点附近2GHz范围内连续调谐,频差最高可以达到35GHz。获得的两束光的频谱纯度也很高,边模抑制比可达30dB以上。利用这两束相干光,我们观察了87Rb原子的CPT信号,并且研究了该信号幅度与激光绝对频率的关系。
本文第一章介绍相干光的应用背景,现有的获得方法,并给出我们的新型方法的大致方案。第二章介绍本方法涉及的基础技术--半导体激光注入锁定,并结合背景理论详细介绍了实验中摸索出的锁定技巧和参数。第三章对于本方法中的另一个关键元件--垂直腔面发射激光器从结构上给出了介绍,并结合本实验对于它相对于一般半导体激光器的优点给出了分析和特性参数测量。第四章详细介绍了我们的新型锁相系统的实验设计和实验装置,并准确测量了得到的相干光的各种重要参数,对于其中一些不常见的测量方式给出了具体的测量原理和方案阐述。第五章研究了塞曼能级调制稳频技术,利用该技术稳定了主激光的频率,并且通过与一般采用的内调制稳频相对比,说明了这种稳频技术的优势。第六章中用塞曼调制稳频得到的无调制稳频主激光输出和与主激光大频差锁相的从激光获得了窄线宽的CPT谱信号,并且利用它们测量了激光绝对频率对CPT信号幅度的影响。最后,总结了本论文的主要工作和主要创新点。