光泵磁力仪中VCSEL激光波长锁定

作者：骆曼箬; 李绍良; 黄艺明; 张弛; 吴招才; 刘华^*

来源：上海交通大学学报, 2023, 1-17.

• 光泵磁力仪
• 垂直腔面发射激光器
• 波长锁定
• 激光稳频

针对光泵磁力仪对小型化、低功耗以及激光光源波长稳定性的要求，提出了一套垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)激光波长锁定控制方案。提出的基于多普勒吸收的光反馈波长锁定方案，以133Cs原子D1线Fg = 4→Fe = 3超精细能级跃迁波长为参考波长。光泵磁力仪(Optically Pumped Magnetometer， OPM)的原子蒸汽气室同时作为波长锁定的工作气室，在无需任何额外装置下可将激光波长锁定在该D1线跃迁波长。使用数字PID与模糊控制算法进行激光的温度控制，使温度稳定性优于±0.005℃；采用基于电流镜的激光电流驱动方案，使电流稳定性优于±50nA，这为激光波长锁定提供了良好的硬件基础。最后在实验室环境下实现了光泵磁力仪长达两小时的稳定信号输出。

• 单位
  上海交通大学; 上海航天控制技术研究所