[发明专利]一种大功率671nm激光获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及提出一种大功率671nm激光获取方法,属于激光应用技术领域。

背景技术

近年来如何获取高功率的锂元素D线共振激光在锂的冷原子实验和量子简并气体研究中倍受关注。该激光在空气中的的波长为670.98nm，要求单模性好，目前的获取方案或者代价高昂，或者输出功率较低。

目前受限于半导体掺杂材料及工艺的影响，波长为671nm的半导体激光器的光功率不高，仅在50mW以内，用此类激光管制作的外腔稳频激光器，往往只能工作在10mW以下，远远达不到冷原子实验所要求的功率。

自1995年锂的玻色爱因斯坦凝聚在莱斯大学实现以来，锂元素渐渐成为冷原子领域的新宠。对于原子冷却而言，锂元素有两大优点，其一是拥有很简单的能级结构，其中包含循环跃迁能级，其二是与电磁场有很强的偶合作用。这两大优点决定了锂很适合应用用激光冷却技术。锂的自然丰度包含两个同位素6Li与7Li。6Li是费米子，而7Li是玻色子，这样可以从用锂元素研究两种量子统计物理。对于这两种同位素，我们可以方便的应用Feshbach共振来调节它们的s波散射长度。锂元素较宽的共振点和很轻的质量是超冷原子实验中很喜欢的特性。

为了得到更大的冷原子样品，经常要用磁光阱的技术来预冷却原子。为了优化磁光阱，普遍的做法是把冷却激光的强度固定在饱和强度附近，然后尽可能提高激光功率来增大激光的半径。冷却激光的半径增大，则装载率增大。另一个要素是激光空间模式要求单模性好。锂元素的D线共振激光就是在冷却锂原子时用到的冷却激光，它的获取目前受限于两个途径：染料激光器和外腔稳频激光器。染料激光器的优点是能够输出瓦特量级的单色光，它的缺点是维护工作很烦琐，固有的噪声较大，需要很昂贵的泵浦激光。为了得到好的空间模式质量，外腔稳频激光器的特征输出功率限制在50mW以内。因而需要后续的激光放大措施来增大激光功率。用到的两个放大的方法是锥形放大器和激光注入锁定。前者做法是把外腔稳频激光器输出模式良好的种子激光耦合到锥形放大器中，光子在锥形腔内经过雪崩式放大，输出功率可达到500mW，它的缺点是价格昂贵，并且如果操作不当，容易将锥形放大器烧坏。后者的做法类似，但目前的做法受限于从激光管的选取以及注入锁定的调节技术，因而得到的激光功率较低，仅为80mW左右，用它作为磁光阱的冷却光，限制了冷原子样品的质量。最近出现另外一个方案，采用全固态激光源的方法，将1342nm的激光倍频，从而获得了671nm高功率输出的激光，但该方案技术难度高，不利于推广。

发明内容

本发明的目的是克服220mW锂原子冷却激光获得途径的昂贵性和技术难度高的缺点,提出一种大功率671nm激光获取方法。该方法用弱功率的种子激光注入锁定常温波长为658nm的高功率激光二极管，以达到获得220mW的670.98nm单模激光的目的。

本发明是通过以下技术来实现的：

步骤一，采用常温(25℃)波长在658nm±1nm范围内，功率300mW以上的激光管，作为第二级从激光器，第一级从激光器采用常温下波长为675nm的激光器。

步骤二，选择670nm外腔激光器产生的激光作为种子激光，通过电流、温度及外腔腔长的调节，把种子激光调节为单模块670.98nm输出，功率为1.4mW。使用阀值调节法将种子激光以最好的注入点注入第一级从激光。

所述阈值调节法的具体做法为：

步骤2.1，调节第一级从激光器温度到5℃左右，使得第一级从激光在阈值输出，用光功率计监测第一级从激光的光功率；

步骤2.2，第一级从激光在经过隔离及耦合光路后，使用两个反光镜将种子激光耦合注入第一级从激光；

步骤2.3，反复调节用于将种子激光耦合进第一从激光的两个反光镜，使光功率计中的读数达到最大；

步骤2.4，然后降低第一级从激光器的工作电流，重复步骤2.2-步骤2.3的操作，直到光功率计的最大读数达到未注入种子激光时的3倍，将此时的注入锁定状态作为最佳注入锁定点。

所述阈值法调节的前提是第一级从激光在阈值时的波长与种子激光波长相差不超过约4nm。

步骤三，第二级从激光器在阀值输出第二级从激光,用温控器把第二级从激光器温度稳定在70度，使第二级从激光波长增大10nm。

步骤四，第二级从激光在经过隔离及耦合光路后，将步骤二得到的注入种子激光后的第一级从激光注入第二级从激光，使用阀值调节法调节，直到找到最佳注入锁定点。