长期稳定的激光频率是一个重要组成部分对于许多应用程序在原子,分子,和光学物理。误差信号频率稳定通常是通过使用色散或如光谱因为这些光谱是零交点在原子跃迁频率和电荷相反两侧的频率波动。最受欢迎的方式获得分散的信号是通过相敏检测频率调制光谱( 1, 2),吸收概要的一阶导数。然而,锁定激光的频率带宽可能会受到调制的频率范围和锁定的时间常数相敏检测器。技术是基于双折射和二色性或者用于modulation-free频率稳定。双折射介质采用离散信号的偏振光谱( 3- - - - - - 5]。二色性基于sub-Zeeman水平之间的过渡是用来获取信号(如 6- - - - - - 9]。这两个技术允许我们锁定激光频率没有原子跃迁频率调制。

失谐激光是有用的在某些情况下尽管原子跃迁的共振梁强烈与原子相互作用。例如,激光冷却( 10)和偏振梯度冷却( 11, 12)执行red-detuning几十兆赫。受激拉曼跃迁使用几百或几千兆赫失谐梁使原子干涉仪是一种具有代表性的方法减少decoherent效应引起的自发发射( 13, 14]。另外,很远失谐激光是有用的为光学生成合适的潜在陷阱的中性原子或分子 15, 16]。在大多数情况下,声光、电光调节器用于某种解谐。这些调节器也可以产生错误信号,测量的准确性下降。最近,段等。 17]报道了新方法获得饱和吸收光谱在高灵敏度流离失所的跨界车。这个想法很好,因为影响交叉信号可以删除时准确测量原子跃迁频率。

在这篇文章中,我们将演示一个简单的方法来获得双折射信号从共振失谐频率调制器。我们采用了偏振光谱获得双折射信号通过测量的旋转探测光束的偏振由于Rb蒸汽的抽运梁单元和光谱相比Nakayama的理论基于激光强度低( 18- - - - - - 20.]。此外,我们可以消除交叉效应信号通过使用频率稳定抽水,面对面传播选择信号探测光束和生成速度。这些双折射与流离失所的跨界车可能有利于锁定信号探测激光的频率。

Nakayama认为每个磁分段的人口变化通过考虑光的吸收和发射在单个周期的光抽运( 18, 19]。因为这个模型假定,一个弱光强度,Nakayama理论无法预测的影响如EIT(电磁感应透明)和环境影响评价(电磁感应吸收)。然而,这是一个众所周知的方法预测的吸收光谱的谱线轮廓光抽运,偏振光谱和二色性弱强度政权( 20.]。Nakayama方案,两束激光通常被认为是。第一个激光抽运光束,重新分配后原子磁子层次人口与原子的交互。第二束,称为探测光束,用于获得光谱通过测量重新分配原子介质的敏感性。

图 1显示了图的一个计划为我们的速度选择偏振光谱学(垂直地震剖面)注入光束的频率锁上 5 年代 1 / 2 ( F = 2 ) → 5 P 3 / 2 ( F ′ = 3 ) 共振的^87年Rb原子跃迁和探测光束的频率的范围 5 年代 1 / 2 ( F = 2 ) → 5 P 3 / 2 过渡。从原子结构,有三个速度组看到抽运梁共振由于多普勒效应在图的水平线 1。探针梁的共振信号提供政权的描述与对角线的红色虚线所示图 1( 17]。速度选择吸收峰的十字路口观察到在图 1。理论基于Nakayama理论是由垂直地震剖面信号 (1) 垂直地震剖面 Δ = ∑ 我 = 1、2 , 3 年代 2 我 l r e 2 Δ 2 我 23 γ + ∑ 我 = 1、2 , 3 V 2 我 22 l r e 2 Δ 23 - - - - - - 22 2 我 γ 经验值 - - - - - - Δ 22 23 k u 2 + ∑ 我 = 1、2 , 3 V 2 我 21 l r e 2 Δ 23 - - - - - - 21 2 我 γ 经验值 - - - - - - Δ 21 23 k u 2 , 在哪里 年代 2 我 是过渡的力量( 20.] F = 2 → F ′ = 我 过渡, V 2 我 22 转变的力量之间的交叉峰吗 F = 2 → F ′ = 2 和 F = 2 → F ′ = 我 , Δ 2 我 23 是去谐 F = 2 → F ′ = 3 过渡到 F = 2 → F ′ = 我 和 u = 2 k B T / 米 。 l r e 的谱线形状函数吗 (2) l r e Δ = 年代 0 1 + 年代 0 2 Δ 4 Δ 2 + 1 + 1 + 年代 0 2 , 在哪里 年代 0 是归一化梁强度相对于饱和磁化强度。每一项的右侧( 1)代表零的情况下, v 1 和 v 2 速度分量。

图 2展示了我们的实验装置获得双折射信号。我们使用两个外腔式二极管激光器(ECDL)。注入光束的激光频率锁定在共振跃迁或交叉峰在D2的过渡^87年Rb原子通过使用传统的饱和吸收光谱频率调制。探测光束的频率的范围 5 年代 1 / 2 ( F = 2 ) → 5 P 3 / 2 过渡。调查的权力和抽运梁是370 μW - 290 μ分别W。探测激光有一个圆形,0.75毫米直径,同时抽运光束与0.75毫米×1.3毫米矩形。Rb细胞长10厘米。这是保持在室温23°C和包装在3 μ 金属板屏蔽地球磁场。

调查的线偏振光束的总和可以治疗两种相反的圆偏振的泵送梁圆偏振。折光率和吸收系数 σ + 和 σ - - - - - - 组件的探测激光成为极化原子的不同,分别称为双折射和二色性。光学双折射引起的偏振轴旋转探测激光领域 Δ θ = Δ n k 0 l / 2 ( 2), k 0 是探测激光的波数在真空和 l 样品的长度是原子蒸气。测量旋转探测光束的偏振,我们把半波片和一个偏振分束器的两个探测器。我们可以设置两个探测器之间的差异为零,没有抽运光束旋转半波板。然后,我们可以测量的旋转探测领域由于双折射经过原子样品。探测器和泵激光束略有偏差,以避免波动反馈激光腔。

图 3显示了实验垂直地震剖面和理论曲线( 1)激光频率配置图 1。很明显,交叉峰转向。在传统的偏振光谱学、抽运光束和counterpropagating探测光束来自相同的激光,所以他们总是有相同的频率在实验室框架。当两个原子结构的共振频率与其他转换由于多普勒效应,交叉峰是观察到中间的两个共振频率。有两个激光独立准备,然而,交叉可以转向和速度选择信号出现。尽管交叉和速度选择信号是基于多普勒效应、速度的关键选择信号可以改变交叉峰和改变通过改变抽运光束峰值位置的锁定频率。移动了交叉峰位置提高了信号灵敏度( 17]。还值得注意的是,垂直地震剖面给了我们一个信号类似于冷原子( 21]。

的信号灵敏度过渡 5 年代 1 / 2 ( F = 2 ) → 5 P 3 / 2 ( F ′ = 1 ) 相对较低是由于转型对传统偏振光谱强度,低0.03倍的 5 年代 1 / 2 ( F = 2 ) → 5 P 3 / 2 ( F ′ = 3 ) 转变为^87年Rb ( 20.]。然而,在垂直地震剖面方案,移动原子的贡献在数据标记为“f” 1和 3增加了信号的敏感性,这样类似的大小与最强的过渡是如图 3,从理论上和实验。“d”的信号理论光谱没有观察到由于扫描探针梁的极限频率的激光系统。

图 4显示垂直地震剖面的变化作为泵梁的频率改变。注入光束锁之间的交叉峰 5 年代 1 / 2 ( F = 2 ) → 5 P 3 / 2 ( F ′ = 3 ) 和 5 年代 1 / 2 ( F = 2 ) → 5 P 3 / 2 ( F ′ = 2 ) 转换(a)和(d)在图 4。自抽运光束nonresonant频率,所有信号从原子共振频率失谐。之间的能量差原子超精细结构决定了去谐。在我们的例子中,信号在−714.5,557.5,400.5−−290.5−133.5和133.5 MHz的 5 年代 1 / 2 ( F = 2 ) → 5 P 3 / 2 ( F ′ = 3 ) 过渡所示(a)和(d)。抽运光束是锁着的 5 年代 1 / 2 ( F = 2 ) → 5 P 3 / 2 ( F ′ = 3 ) 过渡(b)和(e)和交叉峰之间 5 年代 1 / 2 ( F = 2 ) → 5 P 3 / 2 ( F ′ = 3 ) 和 5 年代 1 / 2 ( F = 2 ) → 5 P 3 / 2 ( F ′ = 1 ) 转换(c)和(f)。信号是在581年−−424−267−157 0和267 MHz (b)和(e), (c)和(f),信号在636年−−479−322−212−55和212 MHz。垂直地震剖面位置取决于注入光束的频率和nonresonant抽运光束使各种解谐垂直地震剖面如图 4。未知信号不期望从我们的数据图 1和 4(b)是观察,标志在黑色箭头人物 3和 4应确定(e)。

垂直地震剖面实验信号的斜率与之很好匹配Nakayama理论。这意味着我们不是在强场政权可以诱导相干效应如EIT或环评即使我类型V和配置。

我们可以得到色散光谱没有调频通过使用两个独立的激光偏振光谱学的来源^87年Rb细胞蒸汽。速度选择偏振光谱得到的失谐频率相关的原子共振频率区别注入光束的频率。自交叉周围的山峰也搬走了信号的原理,我们可以增加的敏感性原则的信号峰值。此外,低弱的信号大小过渡 5 年代 1 / 2 ( F = 2 ) → 5 P 3 / 2 ( F ′ = 1 ) 可以增加通过添加一个沿着光束的传播方向移动原子的影响。速度的技术选择性偏振光谱学是有用得到modulation-free弥散信号失谐频率从原子共振激光频率锁定。也让我们等光谱信号从一个与冷原子介质。