[發明專利]積分球冷原子鐘耦合光路

有效

• 申請號: 201410095964.9
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN104007564A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 鄭本昌;成華東;孟艷玲;劉鵬;萬金銀;肖玲;王秀梅;劉亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及原子鐘的光路系統，特別是一種積分球冷原子鐘耦合光路。該光路系統可以有效減少積分球表面、磁屏蔽桶、微波腔以及C場的開孔數量，從而提高微波場分布和C磁場的均勻性。

背景技術

在微波冷原子頻標領域，對光學系統的穩定性和微波場磁場的要求比較高。在傳統的積分球冷原子鐘光路系統中，由于冷卻光耦合進積分球內需要對外部的磁屏蔽桶、微波腔、C場以及積分球表面的相應位置進行開孔，開孔的位置又恰好處于積分球的中心位置。積分球下方有一個固定的直徑約為10mm開孔用來連接真空系統，在正上方開一個直徑約為5mm的孔來通過探測光。此外，在積分球中心對稱位置還有兩個注入冷卻光的小孔，為了保證積分球的冷卻效果，冷卻光小孔直徑為2mm左右。而為了保證磁屏蔽效果、微波場的均勻性、C場的均勻性，在磁屏蔽桶、微波腔和C場線圈上對應位置開孔的大小不宜過大，一般不會超過5mm，在注入冷卻光的時候要讓冷卻光精確的通過這三個小孔，注入積分球后還要盡量發散，這樣不僅增加了機械加工的難度，而且給冷卻光耦合進積分球增加了很多困難。這樣的光路穩定性也不好，里面的微波場與C場也因為中間的開孔而受到很大影響。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有光路的不足，提供一種積分球冷原子鐘耦合光路，該光路可以減少積分球表面開孔數量，避免在磁屏蔽桶、微波腔、和C場線圈的側面開孔，降低冷卻光耦合難度，提高光路系統的穩定性以及內部微波場和C場的均勻性。

本發明的技術解決方案如下：

一種積分球冷原子鐘耦合光路，特點在于其構成包括石英球泡，該石英球泡的外壁有高反射率涂層，該石英球泡的正頂部的高反膜頂部，該石英球泡的正下方連接石英管，該石英管的下端接六通，該六通經管道接真空系統；該六通與所述的石英管相對的一面為通光窗口，沿石英球泡、石英管和通光窗口的光軸方向由上而下依次是四分之一波片、第一偏振分光棱鏡、第一二分之一波片、第二偏振分光棱鏡、第三二分之一波片、保偏光纖耦合頭，在第一偏振分光棱鏡的左邊水平方向依次是第一凸透鏡和光電管，所述的光電管的感光面位于所述的第一凸透鏡的焦平面；在所述的第二偏振分光棱鏡的左邊水平方向依次是第二二分之一波片和第二凸透鏡；

冷卻光平行入射第二凸透鏡，第二凸透鏡的焦平面位于通光窗口之前，先會聚后發散，經過第二偏振分光棱鏡反射依次經第二偏振分光棱鏡、第一二分之一波片、第一偏振分光棱鏡、四分之一波片、通光窗口、石英管進入積分球內部；

探測光由保偏光纖耦合頭輸出依次經第三二分之一波片、第二偏振分光棱鏡、第一二分之一波片、第一偏振分光棱鏡、四分之一波片、通光窗口、石英管直達高反膜頂部，探測光在積分球內形成駐波場，經該高反膜頂部反射后，依次經所述的石英管、通光窗口、四分之一波片、第一偏振分光棱鏡反射，經第一凸透鏡由所述的光電管接收進行信號探測。

所述的積分球的高反射率涂層的漫反射率大于97%。

所述的連接真空的六通通光窗口鍍上780nm波長的增透膜。

所述的第一偏振分光棱鏡和第二偏振分光棱鏡的消光比在780nm波長達到7000：1。

所述的凸透鏡、四分之一波片、二分之一波片鍍上780nm波長的增透膜。

本發明積分球冷原子鐘耦合光路，特點在于冷卻光與探測光均從積分球底部通光孔耦合進積分球內部。

所述的冷卻光，經過前置光路調節成線偏振平行光，經過長焦透鏡后先會聚后發散，會聚后的焦點在六通通光窗口之前，在滿足冷卻光可以注入積分球內部的前提下可以進行微調。經過二分之一波片改變其偏振，使其經過偏振分光棱鏡后完全反射，然后調節下一個二分之一波片改變其偏振，使其經過第二個偏振分光棱鏡后絕大部分透射，最后經過四分之一波片進入外面噴涂高反射涂料的石英泡內，經過高反射涂料的漫反射在石英泡內形成各向同性光場。