199Hg+光频标的冷却激光器研究

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光频标的参考频率比微波频标高出4-5个量级,在精度上有很大的优势,有望成为新一代频率基准。199Hg+是光频标的候选离子之一,具有优异的性能,其光学频率标准参考跃迁为5d106s2S1/2(F=0,mF=0)→5d96s2D5/2(F=2,mF=0)。由199Hg+的能级图可知,199Hg+光频标需要可调谐的两束相隔47.2GHz的194nm深紫外激光作为冷却光,这种光源没有成熟的商用产品,因此需要自行研制。本文就是基于194nm深紫外连续激光的实验实现来开展研究的。由于200nm以下的深紫外激光对绝大部分非线性晶体是不透明的,很难直接通过倍频方式产生,因此本文采用BBO晶体对718nm激光和266nm激光和频产生了194nm激光,文中详细介绍了整个过程的理论分析和实验实现,具体包括以下几个方面:1.设计制作了紧凑型整体腔倍频系统,理论上分析了基频光束腰对倍频效率的影响,并利用椭圆高斯光束,采用Hansch-Couillaud方法锁腔,实现了高效的266nm连续激光输出,当2W的532nm基频光输入时,获得340mW的266nm倍频光,倍频效率高达17%。经过柱面镜整形,改善了走离效应带来的光斑畸变现象,获得了较好的光束质量。2.利用和频技术,将718nm激光与266nm激光和频产生了194nm激光,其输出功率满足199Hg+光频标的要求。在266nm激光约为300mW,718nm激光为800mW的情况下,可获得超过1mW的194nm深紫外连续激光输出。3.初步搭建了能产生两束相隔47.2GHz的194nm激光的集成实验系统,用于满足汞离子荧光探测的需要。4.介绍了实验室用锁腔电路的构成和工作原理,系统从失锁到再锁定所需时间不会超过2s,单次锁定能达到30分钟以上。
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