[發(fā)明專利]基于單離子光頻標(biāo)的激光脈沖時(shí)序產(chǎn)生控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210006472.9
• 申請(qǐng)日: 2012-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN102570297A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 管樺;汪漫;邊伍;雷海東;陳婷;黃垚;曹健;劉培亮;黃學(xué)人;高克林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所
• 主分類號(hào): H01S5/06
• 分類號(hào): H01S5/06;G05B19/042
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 俞鴻

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于毫秒量級(jí)的激光脈沖控制技術(shù)，具體涉及一種基于單離子光頻標(biāo)的激光脈沖時(shí)序產(chǎn)生控制方法。

背景技術(shù)

原子光頻標(biāo)中原子態(tài)的制備和探測(cè)通常采用拉比(Rabi)脈沖的方法，此方法需要獲得毫秒量級(jí)的激光脈沖，通過控制激光脈沖的時(shí)序從而實(shí)現(xiàn)離子的激光冷卻和鐘躍遷探測(cè)。通常有兩種器件獲得激光脈沖，一種是聲光調(diào)制器，即聲光開關(guān)；另一種是機(jī)械開關(guān)。前者的反應(yīng)速度非常快，通常在1微秒以下，但關(guān)光前后的消光比通常只能達(dá)到20-30dB，；后者的反應(yīng)速度比前者慢，通常需要1毫秒左右，甚至更長，但是消光比高，通常可以到達(dá)50到60dB以上。在實(shí)驗(yàn)上，由于時(shí)序中泄漏的光會(huì)產(chǎn)生交流斯塔克效應(yīng)，從而造成光頻移，影響頻標(biāo)的不確定度。特別是冷卻光用的功率較大，影響非常明顯。因此，通常的方法是聲光調(diào)制器和機(jī)械開光結(jié)合使用，已達(dá)到好的消光比，但是這無法解決開關(guān)速度問題。目前實(shí)驗(yàn)上產(chǎn)生脈沖時(shí)序的方法是基于Labview編寫的計(jì)算機(jī)程序，利用軟件時(shí)鐘同步各個(gè)脈沖的起始和結(jié)束，同時(shí)通過數(shù)字模擬(D/A)板卡控制聲光調(diào)制器和機(jī)械開關(guān)的打開和關(guān)斷。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是Labview為圖形化編程軟件，對(duì)編程人員的要求比較低。缺點(diǎn)在于程序運(yùn)行速度慢，若需要控制的激光束比較多的情況下，時(shí)序的總長度很難壓縮得很短。例如我們研制的囚禁冷卻單離子光頻標(biāo)中，實(shí)驗(yàn)中需要利用波長為397nm、866nm、854nm和729nm的四路激光。其中397nm和854nm激光的脈沖長度需要控制在2-3毫秒，854nm激光的脈沖長度控制在1毫秒，729nm激光的脈沖長度希望控制在6-7毫秒。總的脈沖周期控制在10ms。之所以要求729nm激光脈沖時(shí)間長，是因?yàn)樗氖菚r(shí)間長短決定了得到的躍遷譜線的傅里葉極限線寬。脈沖時(shí)間越長，傅里葉極限線寬越窄，得到的鐘躍遷頻率越準(zhǔn)確。

但同時(shí)729nm激光脈沖又不能太長，有三個(gè)原因：一是受限于激光器本身的時(shí)間相干性，激光的線寬越窄，相干時(shí)間越長。根據(jù)目前的情況，一般控制在6-7ms比較合適。二是過長的時(shí)間會(huì)給整機(jī)帶來光頻移。三是反饋的伺服時(shí)間變長，無法得到短時(shí)間的頻率穩(wěn)定度。總的脈沖周期控制在10毫秒以內(nèi)，這樣才能盡量壓縮頻標(biāo)鎖定之后的反饋時(shí)間，從而可以得到短時(shí)間內(nèi)的頻標(biāo)穩(wěn)定度指標(biāo)。若是采用基于Labview的控制程序并且AD板進(jìn)行器件的控制，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)的要求。此外，傳統(tǒng)的控制時(shí)序中，729nm光脈沖的使能時(shí)間只占整個(gè)時(shí)序的30-40％。有效時(shí)間(duty?time)不高，影響了時(shí)序的效率。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述技術(shù)在解決獲得激光脈沖問題時(shí)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于單離子光頻標(biāo)的激光脈沖時(shí)序產(chǎn)生控制方法，從而解決上述問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：種基于單離子光頻標(biāo)的激光脈沖時(shí)序產(chǎn)生控制方法，它是利用單片機(jī)輸出脈沖信號(hào)，控制聲光調(diào)制器上所加射頻信號(hào)的開和關(guān)，以控制激光通過聲光調(diào)制器的開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)激光脈沖時(shí)序產(chǎn)生；同時(shí)，采用激光兩次通過聲光調(diào)制器的方法，提高激光斬?cái)嘀蟮母綦x度。

在激光兩次通過聲光調(diào)制器過程中，單片機(jī)輸出脈沖信號(hào)，控制聲光調(diào)制器上所加射頻信號(hào)的開和關(guān)。

所述激光兩次通過聲光調(diào)制器是激光束第一次通過聲光調(diào)制器后，利用反射鏡再次通過聲光調(diào)制器。

所述基于單離子光頻標(biāo)的激光脈沖時(shí)序產(chǎn)生控制方法，其特征在于所述單片機(jī)輸出脈沖信號(hào)：是通過單片機(jī)內(nèi)部以晶振作為時(shí)鐘進(jìn)行定時(shí)計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)輸出方波單片機(jī)的晶體震蕩器經(jīng)過12分頻后獲得的一個(gè)脈沖源。

單片機(jī)輸出脈沖信號(hào)時(shí)，用外部高穩(wěn)時(shí)鐘控制單片機(jī)的時(shí)間同步，

所述外部高穩(wěn)時(shí)鐘是原子鐘。

單片機(jī)通過220V交流轉(zhuǎn)5V直流電路直接給單片機(jī)供電。

單片機(jī)輸出四路方波脈沖信號(hào)，第一路方波脈沖信號(hào)控制第一聲光調(diào)制器開關(guān)與第一激光疊加，第二方波脈沖信號(hào)控制第二聲光調(diào)制器開關(guān)與第二激光疊加和第三激光疊加，第三路方波脈沖信號(hào)控制第三聲光調(diào)制器開關(guān)與第四激光疊加；實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)激光脈沖時(shí)序產(chǎn)生的控制。

第四路方波脈沖信號(hào)控制第四聲光調(diào)制器開關(guān)與熒光采集脈沖疊加，實(shí)現(xiàn)激光的輸出控制和對(duì)熒光采集脈沖的控制。