Keskeny vonalszélességű lézer építése Kvantumoptikai kísérletekhez
A kvantumoptikai kísérletek és azok megvalósítását elősegítő eljárások és technológiák folyamatos fejlődésben vannak. Az egyik fejlesztési irány a minél kisebb vonalszélességek elérése, lézerek és üregrezonátorok esetén is, mivel ezek szükségesek egyes metrológiai, interferometriai és kvantumkommunikációs feladatok elvégzéséhez. A Wigner Fizikai Kutatóközpont Kvantumoptika és Kvantuminformatikai osztályán tervezett új kísérletekhez is kell egy MHz alatti vonalszélességű lézer. Mivel az ott használt hullámhossz tartományban, 780.24 nm, többnyire Mhz vagy az feletti vonalszélességű lézerek érhetőek el, ezért szükséges egy, helyben megépíthető, vékony vonalszélességű lézer kifejlesztése.
Ismert, hogy rezonátoros optikai visszacsatolás segítségével egy MHz tartományban működő dióda vonalszélességét több nagyságrenddel csökkenteni lehet, elérve kHz-es értékeket [1]. Munkám során ezt a módszert teszteltem egy Distributed Feedback (DFB) lézerdiódán [2]. Ennek egyik nagy előnye, hogy külső rezonátor nélkül is képes egymódusú működésre, azaz a módusugrásokból származó pontatlanság automatikusan ki van szűrve.
Az eddigi kísérleteim során sikerült demonstrálnom az említett optikai visszacsatolás pozitív eredményeit. Azonban a külső, környezeti hatások, mechanikai rezgések, légáramlatok, illetve a vezérlő egységekben fellépő hőmérséklet és áramfluktuációk jelentősen megnehezítik a kívánt vonalszélesség-csökkenés elérését. A felmerülő problémák megoldása érdekében terveztem egy mechanikai stabilitást nyújtó lézertartó dobozt és összeállítottam többféle Proportional–Integral–Derivative (PID) szabályzáson alapuló elektronikai visszacsatolást [3].
A dolgozatomban bemutatom ezeket a módszereket, a mérési elrendezésemet, a jelenlegi eredményeimet és a jövőbeli fejlesztési terveket.
[1] Qian Lin, Mackenzie A. Van Camp, Hao Zhang, Branislav Jelenkovic, and Vladan Vuletic. Long-external-cavity distributed bragg reflector laser with subkilohertz intrinsic linewidth. Opt. Lett., 37(11):1989–1991, Jun 2012.
[2] S Kraft, A Deninger, C Trück, J Fortágh, F Lison, and C Zimmermann. Rubidium spectroscopy at 778–780 nm with a distributed feedback laser diode. Laser Physics Letters, 2(2):71–76, Feb 2005.
[3] A. Boghossian, J. Brown, and S. Zak. P, I, D, PI, PD, and PID control. LibreTexts, May 2022.
