PPLN晶體最普遍的用途之一是光參量振蕩器（OPO）晴竞，也是用于倍頻的最有效晶體之一。
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高功率780nm激光冷卻和操縱Rb原子
對Rb原子的操縱通常使用基于二極管的激光系統(tǒng)噩死，產(chǎn)生幾百毫瓦可用的780nm功率已维。然而，許多原子光學(xué)應(yīng)用傾向于在保持窄線寬和高空間光束質(zhì)量的同時(shí)提供更高的激光功率瘤袖。一種方法是將 1560nm 光纖激光器倍頻，以提供數(shù)十瓦的光功率捂敌。
Covesion MgO:ppln 晶體已被用于1560nm CW倍頻系統(tǒng)中，在 780nm 處產(chǎn)生高達(dá) 11W 的功率 [1]占婉。此外，使用兩個(gè)級聯(lián) MgO:PPLN 晶體的準(zhǔn)連續(xù)波倍頻逆济，在 780nm 處實(shí)現(xiàn)了 43W 的峰值功率，轉(zhuǎn)換效率為 66% [2]奖慌。下面將討論有關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置、倍頻晶體和產(chǎn)生這些結(jié)果的聚焦條件的詳細(xì)信息简僧。
這些基于 MgO:PPLN 的激光系統(tǒng)已被用于多種應(yīng)用，包括超過 54 厘米的量子疊加演示 [3]岛马、精密重力計(jì) [4]、用于 BEC 的雙物種原子干涉儀 [5] 和新的一種同時(shí)測量重力和磁場梯度的高精度傳感器 [6]啦逆。
11W 780nm單次通過倍頻系統(tǒng)
ANU 的 Quantum Sensors 和 atom laser Group 展示了 11.4W 窄線寬激光源 [1]。 Sané 等人在單程倍頻方案中使用 30W 1560nm 光纖激光器夏志，得到了 6kHz 線寬 780nm 激光，倍頻效率為 36%。這對應(yīng)于 0.3%/Wcm 的效率（在低增益系統(tǒng)中侥袜，通常可以達(dá)到 0.6%/W/cm）枫吧，晶體的最大輸入強(qiáng)度為 500kW/cm2。該系統(tǒng)運(yùn)行了 2200 多小時(shí)九杂，功率沒有降低。倍頻輸出功率如圖 1 所示例隆，插圖顯示了 780nm 光的空間模式。經(jīng)測量镀层，780nm光源在 100ms內(nèi)具有 6 kHz 的線寬。
圖 1：從 MSHG1550-1.0-40 測得的倍頻輸出功率
激光系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)置如圖 2 所示唱逢，有 30W 1560nm 激光器、MgO:PPLN 晶體和用于鎖定種子激光的Rb細(xì)胞坞古。標(biāo)準(zhǔn)的 MSHG1550-1.0-40 用作倍頻晶體，在帶有 OC1 溫度控制器的 PV40加熱爐中加熱痪枫。使用的晶體參數(shù)和聚焦條件為：
周期19.5μm, 溫度81.60C
晶體長度40mm, 厚度1mm
1/e2 直徑至 50mm焦距鏡頭 = 1.1 mm
相當(dāng)于在晶體長度中心計(jì)算出的光斑尺寸 45μm（1/e2 半徑）
晶體的最大輸入強(qiáng)度 500kW/cm2
圖 2：11W 倍頻激光系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置
斯坦福大學(xué)的 Kasevich 小組已經(jīng)展示了 43W 的準(zhǔn)連續(xù) 780nm激光 [2]。 Chiow 等人描述了使用兩個(gè) MgO:PPLN 晶體的級聯(lián)單通道倍頻系統(tǒng)奶陈。該系統(tǒng)由兩個(gè)組合的 1560nm 30W 光纖放大器泵浦，通過調(diào)整這兩個(gè)源之間的相對相位吃粒，可以控制 780nm 輸出的時(shí)間分布。組合泵浦功率為 65W声搁，在 780nm 處實(shí)現(xiàn)了 43W 的峰值功率捕发，對應(yīng)的效率為 66%。使用一片晶體可實(shí)現(xiàn) 52% 的效率扎酷。單片晶體和兩個(gè)級聯(lián)晶體的倍頻輸出峰值功率如圖 3 所示。來自 Sané 等人的數(shù)據(jù)為綠色，是幾乎相同的結(jié)果谁榜。
圖 3：從級聯(lián) MSHG1550-1.0-40 晶體（紅色）測得的輸出功率。來自 Sané 等人的數(shù)據(jù)示為綠色窃植。
激光系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)置如圖 4 所示，帶有兩個(gè)光纖放大器 (FA) 和兩個(gè)級聯(lián)的 MgO:PPLN 晶體巷怜。在 PV40爐子中使用 MSHG1550-1.0-40標(biāo)準(zhǔn)晶體，從中選擇 19.2μm 的周期延塑，在 150度的溫度下實(shí)現(xiàn)相位匹配。50mm 焦距透鏡將泵浦光聚焦到 PPLN1关带，ROC 10cm 的曲面鏡 (CM) 準(zhǔn)直輸出光束，然后用另一個(gè) CM 聚焦到 PPLN2宋雏。對來自級聯(lián)系統(tǒng)的 780nm 空間光束輪廓的分析測得的光束質(zhì)量為 M2=1.15+/-0.2。
圖 4：級聯(lián)倍頻系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置
相關(guān)文獻(xiàn)
[1] S. S. Sané et al., “11 W narrow linewidth laser source at 780 nm for laser cooling and manipulation of Rubidium.,” Opt. Express, vol. 20, no. 8, pp. 8915–9, 2012.
[2] S. Chiow et al., “Generation of 43 W of quasi-continuous 780 nm laser light via high-efficiency, single-pass frequency doubling in periodically poLED lithium niobate crystals.,” Opt. Lett., vol. 37, no. 18, pp. 3861–3, 2012.
[3] T. Kovachy et al., “Quantum superposition at the half-metre scale,” Nature, vol. 528, no. 7583, pp. 530–533, 2015.
[4] P. A. Altin et al., “Precision atomic gravimeter based on Bragg diffraction,” New J. Phys., vol. 15, no. 2, p. 23009, 2013.
[5] C. C. N. Kuhn et al., “A Bose-condensed, simultaneous dual-species Mach–Zehnder atom interferometer,” New J. Phys., vol. 16, no. 7, p. 73035, 2014.
[6] K. S. Hardman et al., “Simultaneous Precision Gravimetry and Magnetic Gradiometry with a Bose-Einstein Condensate: A High Precision, Quantum Sensor,” Phys. Rev. Lett., vol. 117, no. 13, p. 138501, 2016
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