无调制偏振光谱稳频技术在单原子磁光阱中的应用

"光栅外腔半导体激光器的无调制偏振光谱稳频及其在单原子磁光阱中的应用" 本文主要探讨了光栅外腔半导体激光器（Grating External Cavity Semiconductor Laser，简称GECSEL）在单原子磁光阱实验中的频率稳定技术。作者王婧、杨保东等利用无调制偏振光谱法实现了对GECSEL的频率锁定，以优化其在捕获和冷却单个铯原子过程中的性能。 在单原子磁光阱实验中，激光器的频率稳定性至关重要，因为它直接影响到原子的俘获和操控效果。传统的频率锁定方法如饱和吸收光谱技术虽能实现频率锁定，但因其引入的噪声可能对实验造成干扰。本文提出的无调制偏振光谱方法避免了这一问题，通过分析激光的偏振特性，提供了一种更为纯净的鉴频信号，降低了激光频率的不稳定性。 该方法利用铯原子6S1/2 Fg = 4 → 6P3/2 Fe = 5的循环跃迁线作为频率参考，通过偏振光谱输出的色散曲线来提取鉴频信号。然后，将此信号馈送到激光器的电流调制端口和压电陶瓷的电压调制端口，实现频率的精确控制。相较于饱和吸收光谱技术，这种方法显著降低了锁定后的误差信号的阿仑方差，提高了激光器的频率稳定度。 在实验中，当平均时间τ=300秒时，激光器的频率稳定度达到σy(τ)=6.6×10^-13，这在单原子实验中是非常高的稳定水平。对于在磁光阱中俘获和观察单个铯原子的实验来说，这样的频率稳定性至关重要，因为它可以减少背景铯原子引起的荧光信号强度波动，进而提高单原子信号的信噪比。 此外，偏振光谱技术还有利于减少由于自发辐射导致的荧光信号微弱问题，因为在近共振光激发下，少数原子散射光子的效率极低。通过提升激光器的稳定性，可以降低背景噪声，使得单个原子的荧光信号更容易被探测到，从而提高实验的精度和可靠性。 这项研究提供了一种改进的激光频率锁定技术，对于在磁光阱中进行单原子物理实验具有重要意义，它能够有效提升实验的敏感性和准确性，为未来在量子光学、原子分子物理以及其他精密测量领域的研究提供了有力的工具。