[發(fā)明專利]一種基于二次諧波的原子磁強(qiáng)計(jì)檢測(cè)光頻率測(cè)量與穩(wěn)定裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710580934.0
• 申請(qǐng)日: 2017-07-17
• 公開（公告）號(hào): CN107394576B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁銘;胡焱暉;張吉;劉學(xué)靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/13
• 分類號(hào): H01S3/13;G01J9/00;G01R33/032
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

1.一種基于二次諧波的原子磁強(qiáng)計(jì)檢測(cè)光頻率測(cè)量與穩(wěn)定裝置，其特征在于：包括檢測(cè)光源(1)、起偏器(2)、原子敏感單元(3)、四分之一波片(7)、相位調(diào)制器(8)、函數(shù)發(fā)生器(9)、檢偏器(10)、光電探測(cè)器(11)、鎖相放大器(12)、信號(hào)采集處理電路(13)、伺服控制器(14)和檢測(cè)光源控制模塊(15)，所述原子敏感單元(3)包括磁屏蔽裝置(4)、光抽運(yùn)系統(tǒng)(5)和堿金屬原子氣室(6)；其中：

在原子敏感單元(3)中，磁屏蔽裝置(4)和光抽運(yùn)系統(tǒng)(5)使得堿金屬原子氣室(6)中的堿金屬原子能夠?qū)ν饨缥⑷醮艌?chǎng)感應(yīng)，從而堿金屬原子氣室(6)中的堿金屬原子發(fā)生自旋拉莫爾進(jìn)動(dòng)；檢測(cè)光源(1)輸出頻率為原子共振吸收峰至失諧幾百GHz的窄線寬檢測(cè)激光經(jīng)由消光比大于1000:1的起偏器(2)成為線偏振光，經(jīng)過感應(yīng)外界磁場(chǎng)的堿金屬原子氣室(6)并與之發(fā)生相互作用，而后依次經(jīng)過四分之一波片(7)、相位調(diào)制器(8)被施以由函數(shù)發(fā)生器(9)產(chǎn)生頻率為ω的正弦信號(hào)調(diào)制，最后由與起偏器(2)起偏方向正交的檢偏器(10)后由光電探測(cè)器(11)接收，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過鎖相放大器(12)解調(diào)出輸出光強(qiáng)中與調(diào)制信號(hào)對(duì)應(yīng)的一、二次諧波信號(hào)分量，經(jīng)過信號(hào)采集處理電路(13)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和相關(guān)處理，解算出實(shí)時(shí)激光頻率，并由伺服控制器(14)及閉環(huán)控制算法與參考值作對(duì)比，輸出控制信號(hào)反饋給檢測(cè)光源控制模塊(15)進(jìn)行微調(diào)，最終實(shí)現(xiàn)檢測(cè)激光的長(zhǎng)期穩(wěn)定；

所述原子敏感單元(3)中磁屏蔽裝置(4)和光抽運(yùn)系統(tǒng)(5)使得堿金屬原子能夠感應(yīng)外界磁場(chǎng)，并產(chǎn)生相應(yīng)大小的原子自旋拉莫爾進(jìn)動(dòng)信號(hào)；

所述檢測(cè)光源(1)為窄線寬激光器，輸出激光中心頻率處于原子共振吸收峰至失諧幾百GHz處，其檢測(cè)光源控制模塊(15)包含電流控制模塊和溫度控制模塊，能夠通過調(diào)節(jié)電壓、電流方式微調(diào)輸出激光頻率；

所述起偏器(2)與檢偏器(10)處于相互消光位置，消光比達(dá)到1000:1以上；

所述四分之一波片(7)的光軸方向與起偏器(2)的透光軸方向平行；

所述相位調(diào)制器(8)包括電光調(diào)制器、法拉第調(diào)制器或光彈調(diào)制器，其快、慢軸方向與起偏器透光軸方向夾角為45°，并由函數(shù)發(fā)生器(9)輸出頻率為ω的正弦信號(hào)對(duì)檢測(cè)激光進(jìn)行調(diào)制；

所述鎖相放大器(12)輸出二次諧波信號(hào)用來實(shí)現(xiàn)檢測(cè)光頻率在線測(cè)量及閉環(huán)穩(wěn)定；

所述信號(hào)采集處理電路(13)包括一個(gè)數(shù)據(jù)采集卡及相關(guān)控制、數(shù)據(jù)處理電路；

所述伺服控制器(14)通過比較系統(tǒng)輸出二次諧波信號(hào)大小與參考激光頻率對(duì)應(yīng)值，采用閉環(huán)控制算法輸出控制信號(hào)，反饋給檢測(cè)光源控制模塊(15)。

2.一種基于二次諧波的原子磁強(qiáng)計(jì)檢測(cè)光頻率測(cè)量與穩(wěn)定方法，利用權(quán)利要求1所述的一種基于二次諧波的原子磁強(qiáng)計(jì)檢測(cè)光頻率測(cè)量與穩(wěn)定裝置，其特征在于，該方法的工作流程如下：

步驟一、利用堿金屬原子氣室(6)對(duì)于檢測(cè)激光的光學(xué)吸收作用和色散效應(yīng)以及相位調(diào)制器(8)的光學(xué)效應(yīng)，包括電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、光彈效應(yīng)，通過監(jiān)測(cè)原子磁強(qiáng)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)輸出的二次諧波信號(hào)，解算出實(shí)時(shí)激光頻率，并由伺服控制器(14)及閉環(huán)控制算法，將控制信號(hào)反饋給檢測(cè)光源控制模塊(15)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)激光的頻率穩(wěn)定；

步驟二、檢測(cè)光源(1)輸出頻率為原子共振吸收峰至失諧幾百GHz處的窄線寬檢測(cè)激光經(jīng)由消光比大于1000:1的起偏器(2)成為線偏振光，經(jīng)過感應(yīng)外界磁場(chǎng)的堿金屬原子氣室(6)并與之發(fā)生相互作用，而后依次經(jīng)過四分之一波片(7)、電光調(diào)制器(8)被施以由函數(shù)發(fā)生器(9)產(chǎn)生頻率為ω的正弦信號(hào)調(diào)制，最后由與起偏器(2)起偏方向正交的檢偏器(10)后由光電探測(cè)器(11)接收，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過鎖相放大器(12)解調(diào)出輸出光強(qiáng)中與調(diào)制信號(hào)對(duì)應(yīng)的一、二次諧波信號(hào)分量，經(jīng)過信號(hào)采集處理電路(13)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和相關(guān)處理，根據(jù)對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系實(shí)時(shí)解算出激光頻率，并由伺服控制器(14)及閉環(huán)控制算法與參考值作對(duì)比，輸出控制信號(hào)，反饋給檢測(cè)光源控制模塊(15)進(jìn)行微調(diào)，最終實(shí)現(xiàn)檢測(cè)激光頻率的在線測(cè)量與長(zhǎng)時(shí)間閉環(huán)穩(wěn)定。