Abstract
雖然半導體雷射被引用為研究原子光譜的光源已有一段時日，但受限於它輸出波長範圍的不連續，較大的線寬及頻率漂移等問題，可運用的範圍於茲縮小。為解決這些問題，我們以光柵回授方式降低線寬(估計為數百kHz 以下)及增加頻率的連續調變範圍(15 GHz 以上)，並以共焦 Fabry-Perot 干涉儀為光頻率鑑別器，利用相敏偵測技術取得其光穿透率的一階導數，將雷射光頻率鎖在 Fabry- Perot 干涉儀的共振模態上。以穩頻迴路上的誤差訊號估計，相對頻率穩定度好過10 kHz。我們認為穩定度基本上是受限於光學系統的機械穩定度及回授系統的動態補償。因為我們並未對 Fabry-Perot 干涉儀進行溫控，所以 Fabry-Perot 干涉儀的共振頻率有長期漂移的問題存在。溫控固然可改善這種情況，但若要求較佳的絕對頻率穩定度，應選擇 Rb 的超精細躍遷作為鎖頻的參考頻率，這是未來的目標。實驗中所用的電路大部份是由我們自行製作，其中驅動半導體雷射的電流源穩定度為 0.4 uA/hr，而溫控器的穩定度則為 2 mK/hr。文中，我們先談及半導體雷射頻率特性上的缺失，並指出光回授的必要性。然後我們對光柵回授半導體雷射的基本原理及實驗上所應注意的事項作了闡釋。穩頻的原理，實驗及其回授系統分析則有專章論述。最後，我們並詳細解說實驗中自行製作的電路(包括電流源、溫控器、訊號產生器及鎖頻電路)；其中對電流源及溫控器的低溫度漂移設計多所著墨，而溫控器的PID參數調整方法也有簡短的說明。Using a grating for wavelength-selective optical feedback to a780 nm diode laser, we not only reduce the laser linewidth, butalso increase the tuning range of the wavelength up to 20 nm.The continuous tuning range of the lasing frequency can belarger than 15 kHz. With a proper electrical feedback loop, wehave locked the laser frequency to a resonant frequency of aconfocal Fabry-Perot interferometer, and have transferred thefrequency stability of the confocal Fabry-Perot interferometerto the laser. Preliminary measurement shows that their relativefrequency stability is better than 10 kHz.