采用FPGA控制扫描腔实现长期激光稳频

该团队提出了一种基于FPGA的扫描转移腔锁频(STCL)实现方案,用于激光频率稳定。该方案通过连续扫描的法布里-珀罗腔,能够同时将多个激光源稳定到单一参考激光上。通过利用FPGA架构同时执行腔扫描、峰值检测和反馈驱动,该团队最小化了延迟,并允许在单个器件内为多个激光器建立独立的控制环路,从而提供直接的扩展性。通过从短时间(<1秒)到长时间(约20小时)尺度的外差测量,分析了系统性能。基于磁光阱中镱原子的原子光谱实验,验证了端到端锁定性能,证明了在可见光波段约150纳米范围内,数小时的亚兆赫兹绝对频率稳定性。重要的是,该团队展示了一种基于声光调制器(AOM)频率调制的新型快速扫描方法,这得益于FPGA实现的低检测延迟。与标准压电驱动的腔长扫描相比,该方法显著提高了有效锁定带宽并降低了系统固有噪声,从而实现了亚100kHz的长期稳定性,并为激光线宽压缩提供了前景。凭借其模块化、低成本以及在STEMlab Red Pitaya平台的开源PyRPL固件包中易于实现的特性,该架构为现有的STCL和锁腔方案提供了一种紧凑且灵活的替代方案,为在不依赖任何原子参考进行激光稳定的情况下,运行先进的冷原子实验提供了一种实用方法。
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提交arXiv: 2026-06-08 16:44
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