解决方案

基于增强腔的BBO晶体倍频UV光源

研究背景与动机

  • 论文：A highly stable monolithic enhancement cavity for SHG generation in the UV
  • 作者：S. 汉尼希等
  • 机构：（1）德国联邦物理技术研究院 （2）德国汉诺威莱布尼茨大学量子光学研究所
    主要介绍了一种高稳定性的单片式“蝴蝶结”增强腔，用于通过BBO非线性晶体实现紫外波段的二次谐波产生。
  • 量子光学实验（如量子传感器、光钟、原子干涉仪等）需要多种波段的稳定激光源。
  • 紫外波段（尤其低于350 nm）缺乏商业化的单片式谐振腔系统。
  • 现有自建系统通常机械稳定性差，而商用系统灵活性不足。

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系统设计亮点

  • 1.单片式机械结构：

    •主体由单一铝块加工而成，机械稳定性高。

    •腔镜和晶体通过精密调节机构安装，支持运输和振动环境。

  • 2.蝴蝶结谐振腔设计：

    •四镜“蝴蝶结”结构避免驻波形成，减少光折射效应。

    •支持Brewster切割BBO晶体，适用宽波长范围（可低至204.8 nm）。

  • 3.数字锁定系统：

    •基于STEMlab 125-14（Red Pitaya）开发数字PI控制器。

    •采用Hänsch-Couillaud锁频方案，无需调制边带，适用于对光谱纯度要求高的应用。

    •支持远程控制和本地触摸屏操作。

实验性能与测试结果

  • 1. 长期稳定性：

    •在626 nm泵浦光下连续运行130小时，输出313 nm紫外光，功率稳定在约186 mW。

    •输出功率波动主要源于泵浦光功率变化，腔体自身稳定性极高。

  • 2.振动与加速度测试：

    •在垂直方向承受高达1 g加速度时，仍能保持锁定，输出功率波动小于10%。

    •经ISO 13355:2015标准振动测试（30分钟，3.02 g）后，腔体光学对准基本不变，仅需微调输入耦合镜。

  • 3.锁定带宽：

    •锁定带宽达17 kHz，受限于压电陶瓷与镜组的机械共振频率。

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