使用数字锁相环实现激光器相位锁定与电磁诱导透明实验

"本文介绍了一种使用数字锁相环ADF4107芯片设计的光学锁相环（OPLL）系统，该系统主要用于激光器的相位锁定，以实现更精确的光频稳定。该系统具有1~7 GHz的锁频带宽，能够显著降低半导体激光器拍频信号的噪声，将噪声水平从MHz级别降至Hz级别。通过光学探测器获取两台外腔半导体激光器的拍频信号，并通过OPLL产生误差信号，这些误差信号分别被馈送到激光器的光栅压电陶瓷和反馈电流，从而实现对拍频信号的精细调整。该技术在电磁诱导透明光谱实验中得到了应用，成功观测到了电磁诱导透明现象，这表明该系统对于高精度光谱实验具有重要作用。此外，该方法也适用于超冷原子拉曼光谱实验，展示了其在量子光学领域的广阔应用前景。" 在光学实验中，相位锁定是至关重要的技术，它能够确保激光器的频率稳定性，这对于高精度的光谱测量和量子光学实验至关重要。锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种广泛应用于频率控制和相位同步的电子系统，此处的OPLL则是专为光学应用设计的版本。通过锁相环，可以将两个或多个信号的相位锁定在一起，使得它们保持固定的相位关系，即使它们的频率有微小差异。 文章中提到的鉴相器是锁相环的核心组件之一，它比较输入信号（拍频信号）与参考信号的相位差，产生误差信号。鉴相器的输出经过数字锁相环（如ADF4107芯片）处理后，可以调整激光器的工作状态，使其频率跟踪参考信号，从而减少相位噪声。在这里，误差信号分别被加载到激光器的光栅压电陶瓷和反馈电流上，这种双重控制机制有助于提高频率稳定性和相位精度。 电磁诱导透明（Electromagnetically Induced Transparency, EIT）是一种量子光学现象，当一个原子系统暴露于两个特定频率的光场下时，原本吸收强烈的光可以在特定条件下变得透明。通过使用相位锁定的激光器系统，研究人员能够在EIT实验中获得更纯净的光信号，从而更清晰地观察和研究这一现象。这不仅有助于基础科学的研究，也为量子信息处理、量子存储等应用提供了技术基础。 这个相位锁定的激光器系统展示了其在高精度光谱实验和量子光学实验中的卓越性能，特别是对电磁诱导透明现象的观测，为超冷原子物理学和量子信息科学等领域提供了有力的工具。