[發明專利]用于原子鐘準直擴束光斑直徑變換裝置

有效

• 申請號: 201710363714.2
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107065503B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 張輝;陳江;王心亮;余鳳翔;劉丹丹;白楊;施俊如;管勇;阮軍;張首剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家授時中心;中國科學院大學
• 主分類號: G04F5/14
• 分類號: G04F5/14;G02B27/09;G02B27/28;G02B27/30
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 申忠才

一種用于原子鐘準直擴束光斑直徑變換裝置，激光光學系統通過光纖分別與第一光纖分束器和第二光纖分束器相連，在真空箱體上設置有原子發射器、與原子發射器相對應的CCD圖像傳感器、至少1個對射單元，對射單元由A準直擴束光斑直徑變換器和B準直擴束光斑直徑變換器構成，A準直擴束光斑直徑變換器和B準直擴束光斑直徑變換器對射安裝在真空箱體壁上且光軸重合，A準直擴束光斑直徑變換器通過光纖與第一光纖分束器相連，B準直擴束光斑直徑變換器通過光纖與第二光纖分束器相連，所述的激光光學系統為激光控制器與激光器相連，激光器輸出的激光依次經過飽和吸收光譜裝置和聲光調制器，輸入到光纖耦合器。

技術領域

本發明屬于光學設備技術領域，具體涉及到一種用于原子鐘準直擴束光斑直徑變換裝置。

背景技術

目前原子鐘冷原子團樣品一般都采用磁光阱技術進行制備。磁光阱技術一般采用六束激光與磁場相配合來完成。六束激光分別通過各自相應的準直擴束鏡筒2-2，進入到磁光阱中，與相應的磁場形成俘獲原子區域，從而俘獲原子，制備冷原子樣品。原子鐘的穩定度與準確度指標要求冷原子樣品的數目盡可能多，密度盡可能小。這就要求盡可能不改變俘獲原子數目前提下，擴大原子團的體積(改變原子團的形狀)。

目前原子鐘在制備冷原子樣品中(擴大原子團體積同時，保證原子團數目不變)主要采用兩種方式，一種是改變六束擴束激光光學參數(頻率和功率)來達到改變原子團形狀的目的，從而降低原子團的密度。這種方式的優點是不改變激光與準直擴束鏡組的相對位置，不存在機械上的運動，可以保證激光通過準直擴束鏡筒后的方向性，但是這種方式的缺點是增加了原子鐘光學系統復雜性。(原子鐘光學系統部分功能是實現對六束激光的頻率與功率操控)另外一種方式是改變激光與準直擴束鏡筒內部準直透鏡組的相對位置，從而改變經過準直擴束鏡筒后光強，以達到改變原子團形狀的目的，這種方式無需改變六束激光的光學參數，但是需要改變激光與準直擴束鏡筒內部準直透鏡組之間的相對位置，存在機械運動，不能嚴格保證激光經過準直擴束鏡筒后的方向性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有原子鐘冷原子樣品制備裝置的缺點，提供一種設計合理、操作簡單、保證激光的方向性的用于原子鐘準直擴束光斑直徑變換裝置。

解決上述技術問題所采用的技術方案是：激光光學系統通過光纖分別與第一光纖分束器和第二光纖分束器相連，在真空箱體上設置有原子發射器、與原子發射器相對應的CCD圖像傳感器、3個對射單元，對射單元由A準直擴束光斑直徑變換器和B準直擴束光斑直徑變換器構成，A準直擴束光斑直徑變換器和B準直擴束光斑直徑變換器對射安裝在真空箱體壁上且光軸重合，A準直擴束光斑直徑變換器和 B準直擴束光斑直徑變換器的結構相同，3個對射單元的光軸交于一點，該交點位于真空箱體的空腔中，A準直擴束光斑直徑變換器通過光纖與第一光纖分束器相連，B準直擴束光斑直徑變換器通過光纖與第二光纖分束器相連；

所述的激光光學系統結構為：激光控制器與激光器相連，激光器輸出的激光一部分進入飽和吸收光譜裝置與激光控制器鎖定激光的頻率，另一部分經過聲光調制器，輸入到光纖耦合器。

作為一種優選的技術方案，3個對射單元的光軸在三維空間相互之間的夾角為120°或90°。

作為一種優選的技術方案，所述的A準直擴束光斑直徑變換器的結構為：鏡筒遠離真空管體的一端端部設置有光纖接頭，鏡筒內沿著光的傳輸方向依次設置第一寬帶偏振分光棱鏡、凹透鏡、二分之一波片、第二寬帶偏振分光棱鏡、雙膠合透鏡、液體透鏡。

作為一種優選的技術方案，所述的第一寬帶偏振分光棱鏡與光纖接頭之間的距離為9～20mm，第一寬帶偏振分光棱鏡與凹透鏡之間的距離為2～7mm，所述的凹透鏡與二分之一波片之間的距離為2～7mm，所述的二分之一波片與第二寬帶偏振分光棱鏡之間的距離為2～7mm，所述的第二寬帶偏振分光棱鏡與雙膠合透鏡之間的距離為15～100mm，所述的雙膠合透鏡與液體透鏡2-8之間的距離為3～10mm。