铷原子激光光谱学是用于定位、导航和计时的先进原子传感器的基础。本说明介绍了一种简单的装置，用于演示将激光锁定到铷原子光谱转变上。

简介
铷原子在 780 nm（D2 线）和 795 nm（D1 线）波段的超高分辨率激光光谱在传感、计量和航空航天领域有着广泛的应用。 2008 年，Photodigm 向该市场推出了第一款 Spectroscopy 系列 DBR 激光二极管，这是一款 780 nm（D2 线）波长的 60 mW 设备。 随后，Photodigm 又推出了更高功率和更多波长的产品，到 2012 年，研究科学家和产品开发团队已经可以稳定地使用完整系列的单频 DBR 激光器，用于钾、铷和铯。这些器件采用 Photodigm 的专有技术制造而成，包括光栅设计方法、单生长外延、脊波导工艺和单片全息光栅。专有的刻面钝化工艺可保护激光刻面，实现高可靠性和最高可用功率。 Photodigm DBR 激光器可提供单一空间和纵向模式光束，侧模抑制比超过 45 dB，是光谱应用的理想之选。这种坚固耐用的工艺确保了目标波长的高产率和长寿命的高可靠性。 因此，原子光谱学家和仪器制造商都能满怀信心地推进他们的项目。 

任何原子传感器的基础都是激光源锁定转变的能力。这就要求窄带宽激光器能够分辨和调整整个转变。 Photodigm Spectroscopy 系列 DBR 激光器的带宽为 1 MHz，调谐特性为 0.6 Å/°C（按温度）和 0.026 Å/mA（按电流）（30 GHz/°C 和 1.3 GHz/mA），是理想之选。 

实验装置
实验装置的光学部分由一个分光器 BS、两个光电探测器 PD1 和 PD2、一个装满天然铷的 100 毫米长的玻璃池以及 Photodigm 的 780 nm 高功率 DBR 激光二极管组成（见图 1）。 示波器测量两个信号之间的比率。 

图 1. 实验装置示意图。



78 mA 的恒定电流和几 mA 的 10kHz 小锯齿调制同时驱动 DBR 激光二极管。对散热器的温度进行调节，直到吸收线位于瞄准镜的中心。温度和电流调谐分别为 0.6 Å/°C 和 0.026 Å/mA，即 30 GHz/°C 和 1.3 GHz/mA。

研究结果
天然铷主要由两种同位素组成：85Rb（72.2%）和 87Rb（27.8%）。从 D2 转变来看，两种同位素都在 780.024 nm 附近吸收，但其相应的超正弦分裂频率却不同。两种同位素的基态都分裂成两个超正弦水平。出射态超正弦分裂被约 500 MHz 的多普勒展宽所掩盖，因此用简单的光谱技术无法区分单个水平。因此，对于同位素 87Rb 和 85Rb，预期转变的基态超频失谐分别为 6.834 GHz 和 3.035 GHz。

图 2 展示了利用上述装置监测到的天然铷的吸收光谱。 图 2 显示了利用上述装置监测到的天然铷的吸收光谱，四个吸收峰清晰可见，每个同位素有两个吸收峰。

图 2. 使用 Photodigm 780 nm DBR 激光器在 7 mA 范围内记录的 85Rb 和 87Rb 的吸收光谱。



所使用的 DBR 激光二极管的线宽低于 10 MHz，与转换的多普勒展宽相比，几乎小了两个数量级。 

更多 DBR 激光应用
Photodigm Spectroscopy 系列 DBR 激光器在生物医学、传感、计量和航空航天市场中用途广泛。 Photodigm 专利 DBR 结构的高功率和频率稳定性使原子冷却和捕获应用受益匪浅。数据存储（如光 ROM、全息存储和光盘母版制作）都是 780nm DBR 激光器的应用领域。

导航和光谱学是这种单频高功率 DBR 激光器增长最快的领域之一。

Photodigm 的激光器可以减少或消除对放大或稳频组件的需求，从而简化仪器设计。这可以为原始设备制造商节省大量成本。 请联系 Photodigm，我们将为您量身定制激光解决方案。