[發(fā)明專利]用分離場技術(shù)實現(xiàn)激光輸出的方法及分離場激光器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610109657.7
• 申請日: 2006-08-15
• 公開（公告）號: CN101127431A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳景標(biāo);莊偉;于得水;黃凱凱
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: H01S3/00
• 分類號: H01S3/00;H01S3/08;H01S3/10;G02F1/35
• 代理公司: 北京君尚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所
• 代理人: 賈曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用分離場技術(shù)實現(xiàn)激光輸出的方法及其設(shè)備，產(chǎn)生的激光作為高準(zhǔn)確度高穩(wěn)定度的相干激光光源，也可以用高性能的光頻頻率標(biāo)準(zhǔn)。

背景技術(shù)

拉姆塞(N.F.Ramsey)在1949年提出分離場技術(shù)并在頻率標(biāo)準(zhǔn)(原子鐘)上的成功運(yùn)用獲得1989年度諾貝爾物理學(xué)獎。至今，拉姆塞提出的分離場技術(shù)已是所有高性能基準(zhǔn)原子鐘和原子干涉儀的基礎(chǔ)。但是到目前為止，所有分離場技術(shù)僅僅是用于測量物理粒子對電磁場的吸收頻譜方面，從來未被用于物理粒子的受激發(fā)射電磁場的產(chǎn)生或測量上。換句話說，從來未被直接用于產(chǎn)生激光輸出的激光器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了普通激光器產(chǎn)生的激光信號線寬太寬準(zhǔn)確度低且穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，將波譜學(xué)中的分離場技術(shù)首次應(yīng)用于物理粒子的受激輻射電磁場的產(chǎn)生上，即利用分離場技術(shù)直接產(chǎn)生激光輸出，提供一種產(chǎn)生分離場激光的方法，相關(guān)的設(shè)備可稱為分離場激光器。這種新型激光器在技術(shù)特征上，此激光器的激光增益介質(zhì)與激光腔的場模有幾次時間域上分離開來的相干作用。這種激光器輸出的激光具有一般激光器所沒有的一些優(yōu)點(diǎn)，如頻率穩(wěn)定性好，頻率準(zhǔn)確度高等。

本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容：一種用分離場技術(shù)實現(xiàn)激光輸出的方法，其步驟為：

(1)利用分離場技術(shù)，把激光諧振腔分成兩個或更多的折合部分，并使與同一原子發(fā)生作用的分離場光波相位差一定；

(2)原子束進(jìn)入激光諧振腔之前先被泵浦到激發(fā)態(tài)，實現(xiàn)布居數(shù)反轉(zhuǎn)，進(jìn)入分離場激光諧振腔并與之相互作用；

(3)處于激發(fā)態(tài)的原子束先進(jìn)入諧振腔的第一個分離場時，調(diào)整諧振腔參數(shù)激發(fā)腔模與原子躍遷譜線匹配，當(dāng)腔內(nèi)增益大于損耗時形成激光震蕩，原子有部分幾率受激發(fā)射而發(fā)出激光；

(4)原子飛出諧振腔的第一分離場，受到光柵的衍射和阻攔，只有部分原子可以到達(dá)諧振腔的其他分離場，調(diào)整光柵常數(shù)與空間位置使部分原子順利通過，原子與諧振腔分離場相互耦合，產(chǎn)生激光；

(5)原子與諧振腔的所有分離場相互耦合產(chǎn)生出的激光信號，被檢測系統(tǒng)接收或輸出提供應(yīng)用。

控制諧振腔的Q值，使腔模線寬大于甚至遠(yuǎn)大于激光增益線寬。

控制腔模，使得所產(chǎn)生的激光信號的頻率線寬小于普通的拉姆塞分離場受激吸收信號的頻率線寬。

利用分離場技術(shù)，把激光諧振腔分成兩個或更多個的折合部分，為解釋簡單起見，僅舉兩分離場的情形為例子來解釋工作原理。參考附圖，原子與激光諧振腔分兩次相互耦合。處于激發(fā)態(tài)的原子束進(jìn)入諧振腔的第一個分離場時，發(fā)生部分躍遷，調(diào)整諧振腔參數(shù)激發(fā)腔模與原子躍遷譜線匹配，可以激發(fā)腔模與原子的作用強(qiáng)度，當(dāng)腔內(nèi)增益大于損耗時形成激光震蕩，發(fā)出激光。然后原子飛出諧振腔的第一個分離場，進(jìn)入諧振腔的第二個分離場再與之發(fā)生相互作用。在此過程中要保證兩個相互作用區(qū)中的輻射場與原子作用時的相位一致，或保持相位差恒定。由于光波波長很短，原子爐出射的發(fā)散原子會破壞此條件，所以需要在諧振腔的兩個分離場之間放置特制的柵格，使與同一原子發(fā)生作用的兩部分腔體內(nèi)的光波相位一致，即相干而獲得增強(qiáng)的激光信號，通過調(diào)整柵格常數(shù)可以使這部分原子順利通過。而那些在兩次相互作用光波位相相消的原子就會被阻擋住，從而消除其對產(chǎn)生的激光信號帶來的負(fù)面影響。也可以利用三個駐波的三分離場形式，或四行波的四分離場形式來實現(xiàn)分離場激光而不必使用特制柵格來選擇特定的部分原子.

一種分離場激光器，包括真空腔體，真空腔體內(nèi)設(shè)有的原子爐、原子束準(zhǔn)直器，泵浦激光器以及光電檢測裝置，其特征在于：真空腔體內(nèi)還設(shè)有，與原子束垂直的由全反鏡、反射鏡組成包括兩個或多個分離場的激光諧振腔和用于限制原子束的柵格，原子束從控溫后的原子爐噴出，準(zhǔn)直后，先被泵浦到激發(fā)態(tài)，實現(xiàn)布居數(shù)轉(zhuǎn)，再進(jìn)入分離場激光諧振腔第一個部分與之相互作用，飛出諧振腔的分離場第一個部分以后，受到光柵的衍射與阻攔，只有部分原子可以到達(dá)諧振腔的分離場第二個部分，與諧振腔的分離場相互耦合，產(chǎn)生出激光信號，被檢測系統(tǒng)接收或輸出應(yīng)用。

真空腔體設(shè)有若干個光窗，用于激光的輸入和輸出。