1 引言
       光泵磁共振实验是近代物理实验中的一个很有代表性的实验。该实验通过光抽运的方法, 使所研究的原子能级粒子分布产生重大变化; 此外, 通过利用抽运光作为光信号检测,从而大大提高了信号强度和检测灵敏度。利用这一方法可以研究原子精细、超精细能级结构, 以及测定朗德因子、地磁场强度等物理量, 为原子物理的实验研究提供了一种有效的实验技术手段。然而现在通常采用的光泵磁共振实验装置, 由于其光源是通过无极放电方式激励铷原子泡发光。因而光源波长较单一、适用范围窄, 一般只用于观测与铷原子有关的共振信号。针对这一问题, 本文介绍一种新的光泵浦源。该光源采用半导体激光二极管作光源,通过外设电路控制可在一定范围内对输出光进行连续调节、扫描及调制; 置换不同中心波长的激光二极管, 可以对不同元素原子进行光激励和光检测。
2 高稳定、可调节半导体二极管激光泵浦源
       半导体激光二极管以其体积小、重量轻、功耗小、价格低及便于调节、调制等特点, 在原子分子波谱学、量子计量学、光纤通信及量子频标等领域得到广泛的开发与应用。然而由于半导体激光二极管的工作波长及其稳定性与管的注入电流、工作温度有着极其密切的联系。通常半导体激光二极管的工作频率随注入电流及工作温度的变化率分别为1~ 5GHz/ mA和10~3OGHz/ K。因此, 在某些应用中( 尤其是科学研究应用中) , 首先必须对管的注入电流及工作温度进行稳定控制。此外, 由于激光管容易受电源开关瞬间及外来的浪涌电流和尖峰脉冲所损坏, 在管的控制电源部分还需加以滤波、稳压及慢启动等保护措施。在利用其进行光检测方面, 由于随着管的注入电流的改变( 尤其当激光管处于扫描工作状态探测原子能级间跃迁信号时) , 管的输出功率也将随之发生变化, 从而使所获得的检测信号迭加在一个倾斜的背景上。为消除这一因素的影响, 还应对检测信号进行差分放大。

       半导体激光二极管工作电流( 注入电流) 调节与稳流控制基本原理如图1 所示。该电路采用可调节基准电压与激光管输出功率( 与输出波长相对应) 的反馈电压相比较来实现激光管工作电流的调节与稳流。高稳定可调节基准电压由精密电压基准LM399 经线绕多圈电位器粗/ 细调提供; 反馈电压则取自由激光管内置光电二极管输出的功率监测电流流经取样电阻上的压降。此两路电压信号分别输入至直流差分放大及积分放大, 然后控制稳流调整管的门。由该门调整连续流经激光管上的电流。对光源工作波长的扫描与调制一般是采用对激光管工作电流进行扫描和调制。因此, 在该注入电流稳定的积分放大部分设有扫描和调制信号的输入。

       激光二极管工作温度的设置与恒温控制如图2 所示。其基本工作部分为: 由桥式温度传感器设置及探测激光管工作温度变化, 并将测到的温差信号转变为电压信号, 经差分放大,PID ( 比例 积分 微分) 控制器至驱动电路控制半导体致冷器加热或致冷。为提高电路精度, 在基本部分基础上加设了锁相放大部分, 该部分由方波发生电路及四开关相敏检波放大组成。半导体激光二极管工作电流及工作温度控制的具体电路见。
      对光信号的差分检测采用图3 所示的方式。将由光源出射的光分为两束, 一束直接进入光电检测器1; 另一事则经过待探测的原子泡室后再进入光电检测器2, 所得两路光电信号分别输入到差分放大器, 适当调节两组信号的强度比例, 则基本可去除四对激光管工作电流扫描引起的输出信号上的倾斜功率背景。
 

        实验中, 我们采用Mitsubishi 公司的ML4XX2 系列( 也可用其它公司的相应产品) 的780nm 红外激光管产生的激光激发铷原子吸收泡中的原子,通过检测铷吸收泡透射光强的变化可观测到铷原子的D2 线吸收谱线。图5为实验所观测到的铷原子D2 线吸收谱。

4 结束语
       本文介绍了一种可应用于光泵实验的高稳定可调节激光泵浦源及其在铷原子线性吸收谱线观察中的应用。根据实验需要, 置换不同中心波长的激光二极管可对不同种类元素原子的精细或超精细能级跃迁谱线进行探测, 在配合磁装置的条件下, 还可对其原子塞曼子能级结构进行研究。高稳定可调节半导体二极管激光及其应用的进一步研究仍在进行中。