我们实验上展示了利用室温Rb原子蒸汽池中的电磁诱导透明光谱实现里德堡跃迁激光无调制频率锁定方法。在Rb原子［EQUATION］, ［EQUATION］, ［EQUATION］组成的级联三能级系统中, 耦合激光工作于原子从中间态［EQUATION］和里德堡态［EQUATION］跃迁, 探测激光工作于耦合基态［EQUATION］到中间态［EQUATION］的跃迁。通过扫描耦合光的频率并测量探测光的光强变化实现EIT信号的监测。我们对探测光进行频率调制, 通过解调EIT光谱获得误差信号, 并将误差信号经由PID控制电路反馈至激光器进而实现耦合激光频率的锁定。利用这种方法实现了耦合激光的无调制锁频, 激光锁定后的残余频率起伏约为1 MHz。这种锁定方法对实现里德堡态原子的高效制备具有重要意义。

将激光频率锁定于合适的参考频率，可以有效地抑制激光器的频率起伏。本文采用铷原子D2线超精细跃迁线的饱和吸收光谱和偏振光谱分别获得鉴频曲线，通过电子伺服系统将频率校正信号负反馈到780 nm光栅外腔反馈半导体激光器外腔的压电陶瓷上的方法对激光器进行稳频。介绍了两种方法的基本原理和实验方案。与激光器自由运转300 s时激光器典型的频率起伏约66 MHz相比，采用饱和吸收光谱和偏振光谱进行稳频，运转300 s时激光器典型的残余频率起伏分别约为15 MHz和06 MHz。分析表明，饱和吸收光谱稳频采用了相敏检波技术，需要对激光器进行频率调制，带来了额外的频率噪声，而偏振光谱稳频则是一种完全无频率调制的稳频方案。

为了进一步提高1.5 μm 波段激光器的频率稳定性,利用声光调制器(AOM)的频移特性使激光发生频移,将乙炔(12C2H2)的υ1+ υ3 带的P9 支吸收峰作为参考频率,通过两条频移的吸收谱线产生类色散鉴频曲线,实现对外腔半导体激光器的无调制频率锁定。实验中把以前直接对激光器的调制转移到声光调制器上,避免了直接调制所引入的额外噪声,通过闭环锁定,50 s 内典型的频率起伏达到5.8 MHz 以内,激光器的频率起伏较自由运转时明显得到抑制,实现了激光频率的稳定。

利用声光调制器(AOM)的偏频特性,以CH4分子吸收线R9支一条强吸收线(λ=1.6378 μm)作为参考频率,实现了对外腔式半导体激光器的无调制频率锁定。实验中在100 s内典型的频率起伏小于5.6 MHz,较激光器自由运转时的频率起伏34 MHz有了显著的改善,而误差信号的阿仑(Allan)方差平方根(即稳定度)在平均积分时间为16 s时达到最小值5.75×10-10。该方法实现了基于气体分子吸收线的半导体激光器无调制锁频,并且CH4分子在1.6～1.7 μm处有丰富的振转光谱,满足光纤通信中对激光器输出波长的要求,可应用于光纤通信中激光光源的频率锁定。

将激光器锁定到合适的参考频率上，可以有效改善激光器的频率稳定性。对于共焦法布里-珀罗(CFP)腔，沿腔轴的光路与同腔轴有一小夹角的光路对应的光程不同，因此二者对应的腔共振透射峰的频率之间会发生相对频移。这一特性可用来产生以共焦法布里-珀罗腔作为频率标准稳定激光频率的类色散型鉴频曲线，而不需要对激光频率或者共焦法布里-珀罗腔长进行调制扰动，也无需采用相敏探测。实验中实现了自制的852 nm光栅反馈半导体激光器相对于共焦法布里-珀罗腔的无调制频率锁定，由闭环锁定后的误差信号分析，30 s内典型的频率起伏小于340 kHz，较相同时间段内激光器自由运转时的频率起伏(约10 MHz)有了显著的改善。还通过调节入射到共焦法布里-珀罗腔两光束之间的夹角来改变频移量，对不同频率间隔下的类色散型鉴频曲线的斜率以及对激光器锁频后的频率稳定性作了比较。

将激光器锁定到合适的参考频率标准上,可以有效地改善激光器的频率稳定性。采用两个声光调制器(AOM),使铯原子D2线饱和吸收光谱分别发生Ω±Δ绝对频移;通过改变射频压控振荡器(RF VCO)的Vf端口直流电压调节相对频移间隔Δ,当相对频率间隔选择合适时两信号相减得到了类色散型鉴频曲线。实验中实现了852 nm光栅外腔半导体激光器相对于铯原子D2线6S1/2 F=4??6P3/2 F′=5超精细跃迁线(中心频率ν0)的无调制偏频锁定(锁定后中心频率ν0＋Ω,偏频量为Ω)。由闭环锁定后的误差信号估计,50 s内典型的频率起伏小于±270 kHz,较相同时间段内激光器自由运转时的频率起伏14 MHz有显著的改善。该方法可避免对激光器直接进行频率调制的常规饱和吸收锁频方案所引入的额外频率噪声和强度噪声。