中等輸出激光功率且位相鎖定的大頻差雙色激光系統(tǒng)

梁強(qiáng)兵，劉婷婷，刁文婷，劉智，何軍，王軍民

（量子光學(xué)與光量子器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西大學(xué) 光電研究所，山西 太原 030006）

0 引言

光場與原子相互作用過程中的原子相干效應(yīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用.早期相關(guān)的研究和應(yīng)用主要是相干布居俘獲（CPT）［1］、電磁誘導(dǎo)透明（EIT）［2］、受激 Raman絕熱輸運(yùn)（STIRAP）［3］以及原子的 Raman邊帶冷卻［4］等.近年來，量子存儲(chǔ)器［5］作為量子信息和量子計(jì)算的關(guān)鍵器件之一，逐漸成為研究的熱點(diǎn).迄今人們已經(jīng)發(fā)展了多種形式的量子存儲(chǔ)器，其中基于原子相干效應(yīng)的量子存儲(chǔ)器成為一個(gè)重要的發(fā)展方向.光子在原子系綜內(nèi)的存儲(chǔ)，常用的方案中有的是基于EIT效應(yīng)［2］，有的是基于DLCZ方案［6］中用到的自發(fā)Raman散射過程，還有的則是基于大失諧Raman過程［7］.這些方案的實(shí)現(xiàn)都需要用到位相鎖定的大頻差雙色激光系統(tǒng).此外，兩束位相鎖定的大頻差雙色激光系統(tǒng)還可用于原子及離子內(nèi)態(tài)的相干操控［8-9］.迄今，為了適應(yīng)不同實(shí)驗(yàn)方案的需要，人們相繼發(fā)展多種不同的技術(shù)方法來獲得兩束位相鎖定的大頻差雙色激光［10-13］.

2012年本小組利用先射頻調(diào)制激光二極管的注入電流然后光學(xué)注入鎖定調(diào)制邊帶的方案實(shí)現(xiàn)了中等輸出激光功率且位相鎖定的頻差為9.2GHz（對(duì)應(yīng)于銫原子基態(tài)超精細(xì)分裂）的雙色激光系統(tǒng)［14］.利用該系統(tǒng)我們?cè)敿?xì)研究了相關(guān)參數(shù)對(duì)銫原子氣室內(nèi)的CPT信號(hào)的影響［15］，結(jié)果表明該系統(tǒng)很好的位相相干性不僅可以滿足對(duì)銫原子內(nèi)態(tài)的相干操控的需求，而且利用其雙色激光的功率和頻差均可靈活調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，我們還將其用于實(shí)現(xiàn)更加緊湊的單原子磁光阱［14］.然而，由于它采用注入鎖定從激光器的調(diào)制邊帶的方式，從激光器的輸出光中不可避免地含有較強(qiáng)的邊帶成分.若用在基于大失諧Raman過程的量子存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)中，還需設(shè)計(jì)特定自由光譜區(qū)、高抑制比的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具對(duì)激光頻率成分進(jìn)行過濾［7］.為了簡化系統(tǒng)，基于分布反饋式（DFB）半導(dǎo)體激光器具有的較高的邊模抑制比以及所導(dǎo)致的單模運(yùn)轉(zhuǎn)特性［16-17］，我們利用高頻調(diào)制的位相型電光調(diào)制器（EOM）和光學(xué)注入鎖定的方法，實(shí)現(xiàn)了另一套中等輸出激光功率且位相鎖定的大頻差雙色激光系統(tǒng).

本文中，我們利用兩臺(tái)DFB激光器分別作為主激光器和從激光器.頻率可調(diào)的主激光穿過高頻調(diào)制的位相型EOM后經(jīng)位相調(diào)制產(chǎn)生～9.2GHz的正負(fù)一級(jí)邊帶，然后將負(fù)一級(jí)邊帶注入從激光器中以實(shí)現(xiàn)光學(xué)注入鎖定.通過控制注入光參數(shù)及從激光的溫度和電流，即可實(shí)現(xiàn)從激光器相對(duì)于主激光的負(fù)一級(jí)邊帶的穩(wěn)定跟隨，從而獲得兩束波長為852nm、頻差為銫原子基態(tài)超精細(xì)分裂（9.19GHz）且位相鎖定的中等輸出激光功率（～150mW）的雙色激光.1997年，法國Clairon小組［10］研究了類似的實(shí)驗(yàn)方案，為了有效抑制從激光器輸出光束中另外兩個(gè)不需要的光頻成分，他們采用了鎖定的F-P腔進(jìn)行濾波.2003年，韓國的Ho Seong Lee等人［11］采用分布布拉格反射式（DBR）激光器實(shí)現(xiàn)了類似的激光系統(tǒng).相比于DBR激光器，DFB激光器具有更高的邊模抑制能力［16-17］，其單模運(yùn)轉(zhuǎn)特性更好，故可作為天然的高邊帶抑制比的濾波器使用，使得上述激光系統(tǒng)得到大大簡化.我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中通過拍頻測(cè)得主從激光間的相對(duì)線寬約1Hz（受限于所用頻譜分析儀的分辨帶寬）；此外，在充有20Torr緩沖氣體氖（Ne）并將剩磁屏蔽至約20nT的銫原子氣室中，采用該激光系統(tǒng)我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中觀察到了線寬～12.3kHz的CPT信號(hào).結(jié)果均表明，我們所實(shí)現(xiàn)的激光系統(tǒng)具有優(yōu)良的位相相干性.

1 原理及實(shí)驗(yàn)裝置

通過下述兩種方案，我們都獲得了可長時(shí)間穩(wěn)定工作的、中等輸出功率的、大頻差且位相鎖定的雙色激光.圖1（a）為本小組之前采用的先射頻調(diào)制注入電流然后光學(xué)注入鎖定從激光器邊帶的方案示意圖.實(shí)驗(yàn)中自制的852nm光柵外腔半導(dǎo)體激光器作為主激光器，典型的輸出功率和線寬分別為70mW和500kHz（50ms）.另一個(gè)單模GaAlAs半導(dǎo)體激光管作為從激光器 （標(biāo)稱功率為100mW）.通過Bias-T（Picosecond Pulse Labs 5547）可直接對(duì)從激光器電流進(jìn)行9.192GHz的射頻調(diào)制（正一級(jí)調(diào)制邊帶約占從激光器總功率的2%）.通過調(diào)節(jié)從激光器的注入電流，可使其正一級(jí)邊帶被主激光器注入鎖定.此時(shí)，從激光器的主模也隨之與主激光器實(shí)現(xiàn)位相鎖定并穩(wěn)定跟隨.具體細(xì)節(jié)可參考文獻(xiàn)［14-15］.圖1（b）為本文所采用的方案示意圖.與圖1（a）比較可以發(fā)現(xiàn)，本方案中主要的不同在于9.2GHz的射頻調(diào)制對(duì)兩個(gè)DFB激光器（～150 mW）沒有直接的影響.塊狀位相型EOM使透射的主激光產(chǎn)生頻差為9.2GHz的正負(fù)一級(jí)邊帶.通過改變從激光器的注入電流和溫度可使其分別被注入鎖定跟隨到注入光的主?；蛉我贿厧希瑥亩鴮?shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高邊模抑制的單頻輸出.

圖1 （a）我們之前采用的先射頻調(diào)制注入電流然后光學(xué)注入鎖定從激光器（SL）正一級(jí)邊帶的方案示意圖.（b）本文采用的方案示意圖，其中主激光（ML）經(jīng)塊狀位相調(diào)制器（EOM-P）后光學(xué)注入從激光器內(nèi)，通過調(diào)節(jié)從激光器的注入電流可使其被ML的負(fù)一級(jí)邊帶注入鎖定.圖（a）和圖（b）中右邊方框內(nèi)的插圖內(nèi)對(duì)齊的豎線表示SL被ML注入鎖定的頻率成分.圖中同時(shí)也給出完成注入鎖定后ML和SL各自輸出光的頻率成分.Fig.1 （a）Schematic of our previous phase-locked laser source realized by RF modulation to the injection current of the slave laser（SL）whose＋1-order side-band is injected by the master laser（ML）.（b）Our present scheme：aportion of ML pass through the phase modulation EOM-P and then optically inject into the SL（DFB2）in which the injection current should be adjusted for the survival of the-1-order side-band of ML.The aligning line in right insert boxes in（a）and（b）shows the mode of SL controlled by the ML.The output light mode of the ML ＆ SL in each scheme after optical injection is also labeled in figures.

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置詳圖.DFB1和DFB2分別為主激光器和從激光器.EOM-P為塊狀位相調(diào)制器.CFP為共焦F-P腔，可用于監(jiān)視激光器的模式以及注入鎖定情況.EOM為波導(dǎo)型強(qiáng)度調(diào)制，可使ML和SL的輸出光分別工作在連續(xù)或不同形式的脈沖模式下.?25mm×L75mm的銫泡置于磁屏蔽筒內(nèi)（剩磁～20nT）.AC-PD-1和AC-PD-2為交流探測(cè)器C5331，DC-PD為高增益的直流探測(cè)器（New Focus 2001）.圖中DFB1可通過飽和吸收譜（SAS）鎖定，DFB2的注入鎖定情況可通過其SAS和CFP信號(hào)同時(shí)觀測(cè)Fig.2 Experiment schematic setup in this letter.DFB1and DFB2are ML and SL，respectively.EOM-P is a bulk phase-type EOM；CFP is a confocal Fabry-Perot cavity，which can be used for monitoring the running mode of both lasers before and after optical injection.EOM is a waveguide type intensity modulation to make ML and SL working at different state of continue wave or burst pulse.Cesium vapor cell（?25mm×L75mm）inlayings in～20nT residual magnetic field after proper shielding.AC-PD-1and-2are AC photo-detectors（C5331），and DC-PD is a high-gain DC photo-detector（New Focus 2001）.As shown in picture，DFB1can be locked to hyperfine transition line of the saturated absorption spectroscopy（SAS），and whether or not the DFB2is injected can be observed by SAS and CFP

圖2為本文所采用的實(shí)驗(yàn)裝置詳圖.為了獲得可長時(shí)間穩(wěn)定工作的較高輸出功率的大頻差且位相鎖定的雙色激光，我們選擇自由運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)單頻特性更好的DFB激光器（Eagleyard）作為光源，并選用精度較高的控溫儀和電流源（ThorLabs ITC502）驅(qū)動(dòng)自制的主激光器和從激光器.尋找合適的工作溫度后，通過控制激光器的注入電流，可以實(shí)現(xiàn)激光器在852nm附近約0.7nm范圍內(nèi)的連續(xù)頻率調(diào)諧.實(shí)驗(yàn)中，通過觀察飽和吸收譜（SAS）可以使 DFB1的輸出光在銫原子 D2線6S1／2F＝3-6P3／2F’＝2，3，4附近掃描或者鎖定到某個(gè)躍遷線上.主激光穿過被RF信號(hào)（Agilent E8257C）驅(qū)動(dòng)的共振型高頻位相調(diào)制器EOM（New Focus 4851M）后可產(chǎn)生～9.2GHz的正負(fù)一級(jí)邊帶（用圖2中CFP腔監(jiān)測(cè)，邊帶功率約為總功率的2×15%）.基于DFB激光器具有的高邊模抑制能力及所導(dǎo)致的單模運(yùn)轉(zhuǎn)特性，我們將存在三種不同頻率成分的主激光直接注入從激光器DFB2中.通過控制注入光參數(shù)（光強(qiáng)、入射角度和偏振）及從激光DFB2的工作溫度和電流，即可實(shí)現(xiàn)從激光器相對(duì)于負(fù)一級(jí)邊帶的注入跟隨.如實(shí)驗(yàn)裝置圖所示，DFB2輸出光分一部分與主激光一起進(jìn)入共焦Fabry-Perot腔（CFP），通過觀察CFP的透射信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)兩臺(tái)激光器的頻率以及后續(xù)對(duì)注入鎖定情況的監(jiān)視.另外，如裝置圖2所示，我們也用SAS來同時(shí)觀測(cè)DFB2的注入鎖定情況.當(dāng)觀察到如圖3（a）（P199）所示的信號(hào)后，利用RF頻譜分析儀（Agilent E4405B）可以觀察由快速探測(cè)器（New Focus1554-B）獲得的DFB1與DFB2之間的拍頻信號(hào)，結(jié)果如圖4（P199）所示.

圖3 SL被ML注入鎖定時(shí)的情況.如圖3（a）-（1）中的飽和吸收光譜DFB1-SAS所示，當(dāng)主激光器DFB1工作在銫原子D2線的6S1／2F＝3-6P3／2F’＝2，3，4附近時(shí)，DFB2在6S1／2F＝4-6P3／2F’＝3，4，5附近約2GHz范圍可以穩(wěn)定跟隨掃描，如圖3（a）-（2）中的飽和吸收光譜DFB2-SAS所示.對(duì)比DFB1-SAS與DFB2-SAS，可以發(fā)現(xiàn)二者頻差正好對(duì)應(yīng)于基態(tài)的超精細(xì)分裂.圖3（a）-（3）表示當(dāng)DFB2被注入鎖定時(shí)，與圖3（b）-（3）相比（擋住進(jìn)入CFP腔的DFB2入射光），CFP透射信號(hào)中的負(fù)一級(jí)邊帶被從激光明顯增強(qiáng)而載頻和正一級(jí)邊帶則幾乎沒有變化，而且也沒有其他的模式出現(xiàn).Fig.3 SAS and the CFP transmission signal of the DFB2after it has been optically injection-locked.When the DFB1 frequency scanning across the Cs 6S1／2F＝3-6P3／2F’＝2，3，4transitions as shown in （a）-（1），the slave laser DFB2 will be controlled by it and be scanned across the Cs 6S1／2F＝4-6P3／2F’＝3，4，5transitions，simultaneously，which can be see from （a）-（2）.Compared to the（b）-（3）in which the input light of CFP from SL is blocked，the-1-order side-band of the transmission signal of CFP is enhanced famously while the carrier and＋1-order side-band are almost not changed.

圖4 注入鎖定后DFB1與DFB2之間的拍頻信號(hào).通過射頻頻譜分析儀觀察，拍頻信號(hào)只出現(xiàn)在頻率為9.19263 GHz處，當(dāng)減小譜儀掃描范圍至100Hz時(shí)，相對(duì)線寬約1Hz（受限于譜儀的分辨帶寬）.Fig.4 ML and SL Beat-note peak only appears at the frequency of 9.19263GHz，and it shows a relative linewidth of～1Hz，which is limited by the resolution bandwidth（RBW）of the RF spectrum analyzer.

利用獲得頻差為銫原子基態(tài)超精細(xì)分裂間距（9.19GHz）的兩束位相鎖定的中等功率輸出的雙色激光，將二者分別經(jīng)波導(dǎo)型振幅調(diào)制器（EO Space）調(diào)制后可滿足多種相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究的要求，如CPT、連續(xù)光或脈沖光下的EIT及其相關(guān)的光減速和光存儲(chǔ)、STIRAP過程以及對(duì)原子內(nèi)態(tài)的相干操控等.當(dāng)兩個(gè)EOM都工作在恒定連續(xù)光輸出模式下時(shí)，利用直流探測(cè)器DC-PD可以觀察到不同條件下的CPT信號(hào).另外，當(dāng)同型號(hào)的兩個(gè)EOM 分別工作在高斯脈沖（DFB1頻率鎖定到6S1／2F＝3-6P3／2F’＝4，作為信號(hào)光）和連續(xù)光（DFB2頻率跟隨到6S1／2F＝4-6P3／2F’＝4，作為控制光）模式下時(shí)，通過比較兩個(gè) APD探測(cè)器 AC-PD-1＆-2（C5331）的信號(hào)，還可觀察到EIT介質(zhì)中的光減速現(xiàn)象.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 光學(xué)注入鎖定及拍頻測(cè)量

如實(shí)驗(yàn)裝置所示，通過調(diào)節(jié)主激光器DFB1的注入電流并觀察其SAS的方法，可使其工作在銫原子D2線的6S1／2F＝3-P3／2F’＝2，3，4附近.通過控制注入光參數(shù)（光強(qiáng)、入射角度和偏振）及 DFB2的工作溫度和電流，即可實(shí)現(xiàn)主激光器負(fù)一級(jí)邊帶對(duì)從激光器的光學(xué)注入鎖定，如圖3（a）-（2）中DFB2-SAS譜所示.從圖中可以看到，當(dāng)DFB1在Cs的D2線F＝3-F’＝2，3，4躍遷附近掃描時(shí)，DFB2在Cs的D2線F＝4-F’＝3，4，5躍遷附近約2GHz范圍可以穩(wěn)定跟隨掃描.注入鎖定范圍隨著注入光強(qiáng)的增加而逐漸增大.由于DFB1與DFB2合束后同時(shí)進(jìn)入CFP腔，與注入鎖定時(shí)的CFP透射信號(hào)圖3（b）-（3）（擋住DFB2進(jìn)入CFP的光束）對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，圖3（a）-（3）（DFB1和DFB2同時(shí)存在）中的負(fù)一級(jí)邊帶透射信號(hào)隨注入光強(qiáng)的增加而變大，而正一級(jí)邊帶和載頻處的透射峰強(qiáng)度則未發(fā)生明顯變化.上述結(jié)果表明DFB2已經(jīng)被DFB1負(fù)一級(jí)邊帶注入鎖定；且由于DFB很高的邊模抑制比（＞50dB），在DFB2的CFP透射峰中幾乎沒有其他模式的干擾.但是，實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)注入總光強(qiáng)過高時(shí)，由于受EOM邊帶效率的限制，則反而會(huì)出現(xiàn)注入鎖定范圍縮小甚至劇烈跳模的現(xiàn)象.

我們用拍頻的方法來測(cè)量DFB1與DFB2之間的相對(duì)線寬，結(jié)果如圖4所示.從中可以看出，獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)線寬約為2MHz的兩個(gè)DFB激光器經(jīng)注入鎖定后的相對(duì)線寬約1Hz（受限于譜儀的分辨帶寬），表明二者之間已實(shí)現(xiàn)光學(xué)位相鎖定，可以滿足受激Raman躍遷等過程的要求.

2.2 大頻差雙色激光位相鎖定的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證——相干布居俘獲（CPT）

三能級(jí)Λ型原子中的CPT的物理基礎(chǔ)是相干疊加暗態(tài).當(dāng)與三能級(jí)Λ型原子相互耦合的兩束光滿足一定條件時(shí)，由于不同躍遷路徑間的量子干涉使得原子被制備在相干疊加暗態(tài)上.在雙光子共振附近，原子介質(zhì)對(duì)與之相互耦合的兩束相干光場將變得透明，這同時(shí)也意味著原子介質(zhì)光學(xué)特性的改變.自1976年Alzetta等首先在鈉原子光抽運(yùn)實(shí)驗(yàn)中觀察到CPT以來［18］，CPT得到了廣泛的研究和應(yīng)用［1］，比如用于低于單個(gè)光子反沖極限的激光冷卻［4］，高靈敏度的CPT原子磁強(qiáng)計(jì)［19］以及CPT原子鐘［20］等.盡管影響原子相干疊加暗態(tài)制備的因素有很多，如原子受到的碰撞、磁場、激光光強(qiáng)等［15］，但位相鎖定的相干光場是其中的一個(gè)關(guān)鍵因素［21］.為了驗(yàn)證上述兩束頻差對(duì)應(yīng)于銫原子基態(tài)超精細(xì)分裂的DFB激光器的位相鎖定情況，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中用該激光系統(tǒng)在室溫下銫原子氣室中進(jìn)行了CPT實(shí)驗(yàn)觀測(cè).

如實(shí)驗(yàn)裝置圖2所示，我們將DFB1頻率鎖定到銫6S1／2F＝3-6P3／2F’＝4躍遷，作為信號(hào)光，DFB2頻率跟隨到銫6S1／2F＝4-6P3／2F’＝4躍遷，作為控制光，二者通過位相型EOM后共線同向穿過置于特制的坡莫合金磁屏蔽筒內(nèi)（剩磁～20nT）的室溫下充有不同分壓比的緩沖氣體Ne的銫原子氣室.通過掃描位相型EOM的RF調(diào)制頻率，可以使DFB2的輸出光頻率在6S1／2F＝4-6P3／2F’＝4附近掃描.利用圖2中的直流探測(cè)器DC-PD（New Focus 2001），可觀察到控制光在原子介質(zhì)內(nèi)的透射的CPT信號(hào).同時(shí)，在利用上述系統(tǒng)獲得的窄線寬的EIT介質(zhì)中，通過比較兩個(gè)相同型號(hào)的APD探測(cè)器AC-PD-1和AC-PD-2的信號(hào)，我們觀察到了脈沖光減速現(xiàn)象.在基本相同的條件下?lián)Q用充有不同分壓的緩沖氣體Ne的銫原子氣室，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在充有20Torr Ne的銫原子氣室中的光減速現(xiàn)象最為明顯.目前，觀察到的脈沖光延遲時(shí)間約3.3μs.通過增加光斑面積、降低磁屏蔽筒內(nèi)的剩磁，增加原子的光學(xué)厚度以及優(yōu)化脈沖光參數(shù)等可進(jìn)一步獲得更加明顯的光減速現(xiàn)象.

我們?cè)谙嗤匿C原子氣室中獲得了半高全寬（FWHM）約12.3kHz的CPT信號(hào)，如圖5（a）（P201）所示.CPT信號(hào)線寬仍較寬的原因，一方面是磁屏蔽筒內(nèi)的殘余磁場仍較強(qiáng)，導(dǎo)致Zeeman分裂［15］.另外，如圖5（b）所示，通過改變光強(qiáng)，我們還研究了CPT信號(hào)的半高全寬隨控制光光強(qiáng)的變化關(guān)系.圖5（b）中橫軸是控制光光強(qiáng)與飽和吸收光強(qiáng)（IS＝1.12mW／cm2）的比值，其中考慮了高斯分布的控制光的實(shí)際測(cè)量值經(jīng)介質(zhì)吸收等損耗后的修正.CPT信號(hào)線寬仍較寬的另一個(gè)原因是光強(qiáng)仍較大，導(dǎo)致強(qiáng)度展寬［15］.上述結(jié)果表明兩束光之間具有很好的位相相干性，從而為后續(xù)開展基于單原子操控的觸發(fā)式單光子源、原子系綜內(nèi)的量子存儲(chǔ)奠定了基礎(chǔ).

圖5 （a）在充有20Torr緩沖氣體Ne的銫原子氣室中，利用DFB1（信號(hào)光）和DFB2（控制光）獲得的CPT信號(hào).對(duì)CPT信號(hào)進(jìn)行洛倫茲線型擬合可得其線寬最小約為12.3kHz，由于緩沖氣體的影響，中心頻率頻移約為7.5kHz.（b）CPT信號(hào)的線寬隨控制光強(qiáng)變化的情況，空心圓點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，誤差約±2.5%，實(shí)線為線性擬合.實(shí)驗(yàn)中信號(hào)光強(qiáng)固定為0.1IS，其中IS＝1.12mW／cm2，為銫原子D2線的飽和光強(qiáng).Fig.5 （a）CPT signal observed nearby the resonance of cesium atoms in room-temperature vapor cell（20 Torr neon buffer gas）with our phase-locked laser source.Without further optimized the experiment parameters，the minimum linewidth of the CPT we obtained presently is about 12.3kHz，and its centre drifting away from the resonance is about 7.5kHz mainly due to the buffer gas.As shown in（b），CPT linewidth increased linearly with the ratio of control light（DFB2）intensity and the saturation intensity IS（IS＝1.12mW／cm2），while the intensity of the signal light is fixed at 0.1IS.

3 結(jié)論

迄今，人們已發(fā)展了多種技術(shù)，包括經(jīng)光學(xué)差拍探測(cè)后電子學(xué)反饋控制實(shí)現(xiàn)的光學(xué)相位鎖定、光學(xué)注入鎖定、AOM頻移后放大、注入電流調(diào)制后光學(xué)注入鎖定以及以光學(xué)頻率梳為參考的鎖定等，用于產(chǎn)生大頻差且光學(xué)位相鎖定的雙色激光系統(tǒng)以滿足不同實(shí)驗(yàn)方案的要求.本文采用光學(xué)注入鎖定的方法，采用DFB激光器實(shí)現(xiàn)了兩束位相鎖定的頻差對(duì)應(yīng)于銫原子基態(tài)超精細(xì)分裂（9.192GHz）的中等功率輸出（～150 mW）的激光系統(tǒng).拍頻結(jié)果及CPT實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果均表明，這種方案不僅操作靈活，而且性能穩(wěn)定，可以滿足對(duì)位相鎖定以及雙光子頻率匹配要求嚴(yán)格的Raman躍遷等相干操控過程的需要.

盡管它沒有經(jīng)光學(xué)差拍探測(cè)后電子學(xué)反饋控制實(shí)現(xiàn)的光學(xué)相位鎖定后大范圍掃描的能力，但在共振型EOM所允許的范圍內(nèi)的掃描已經(jīng)可以滿足CPT和EIT等實(shí)驗(yàn)的要求，而且無鎖頻電子環(huán)路，從而避免了額外的電子學(xué)噪聲引入.另外，該系統(tǒng)也不需要昂貴的高頻段AOM及半導(dǎo)體錐型功率放大器就可產(chǎn)生較高功率并可獨(dú)立控制和調(diào)制的位相鎖定的激光.與我們之前發(fā)展的先調(diào)制注入電流然后光學(xué)注入鎖定邊帶的方案相比［14］，盡管受共振型EOM調(diào)諧范圍（＜100MHz）的限制，兩臺(tái)激光器之間的頻差只能在9.192GHz附近改變（可用非共振的集成波導(dǎo)型位相調(diào)制器，這樣可實(shí)現(xiàn)與文獻(xiàn)［14］中的方案大致相同的大范圍改變頻差的功能），但是由于前者高功率的射頻調(diào)制信號(hào)直接加在激光二極管上，且邊帶調(diào)制效率較低，因而注入鎖定范圍會(huì)相對(duì)較小.

本文介紹的方案中，盡管方案出現(xiàn)較早，但我們通過選擇邊模抑制比較高（＞50dB）、中等輸出激光功率、增益區(qū)內(nèi)置光柵的DFB激光器作為激光光源（對(duì)外界振動(dòng)不敏感），通過選擇高精度的控溫儀和電流源即可使激光系統(tǒng)長時(shí)間（＞5h）穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)光學(xué)位相鎖定，并且實(shí)現(xiàn)了高純度的單頻輸出.另外，輸出光的光強(qiáng)和脈沖形狀均可獨(dú)立控制，并可通過改變主激光器注入電流的方式來改變兩束位相鎖定、頻差固定的輸出光相對(duì)原子激發(fā)態(tài)的失諧.這種方案為我們后續(xù)開展基于大失諧Raman過程的量子存儲(chǔ)以及基于單原子操控的單光子脈沖在原子相干介質(zhì)中的量子存儲(chǔ)奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)［7，22-23］.

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