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原子干涉仪是利用原子物质波的特性而实现的干涉仪,广泛应用于精密测量领域。在原子干涉仪中,对原子进行相干操作通过拉曼光来完成的,拉曼光的质量直接影响着干涉仪的技术指标。评估拉曼光的主要参数是功率稳定性和频率稳定性。拉曼光的制备通常是用大功率锥形放大半导体激光器和高频声光调制器来实现的,其不足之处是激光功率损耗大、拉曼光之间的频率和位相稳定性差。本学位论文以用于冷原子干涉仪的高性能拉曼光的制备为主要目标。我们基于注入锁定技术,采用普通半导体激光器、声光调制器,实现了功率、频率和位相稳定的拉曼光的制备,对拉曼光的技术指标进行了测试,并将拉曼光用于冷原子干涉仪实验,获得了较好的效果。论文的主要研究内容和成果如下:
一、介绍了原子干涉仪、拉曼光的概念及激光注入锁定的原理,计算了注入光功率与锁频范围的关系。
二、研制了一套半导体激光器控制系统,包括电流驱动电路、温度控制电路和频率稳定电路;利用饱和吸收方法,获得了铷原子的吸收谱线,由此验证了半导体激光器控制系统的可靠性。
三、研制了一套声光调制器驱动电路,并利用该电路驱动声光调制器,成功地实现了对激光光束的频率调制。
四、为监测激光的功率,自行研制了一台激光功率计,性能指标满足实验需求。
五、基于注入锁定技术,采用普通半导体激光器、声光调制器,实现了一台主激光器同时对两台高功率从激光器的锁定,获得了输出功率、频率和位相稳定的拉曼光,并将其应用于冷原子干涉仪实验,获得了较好的效果。