[發明專利]一種測量原子超精細結構的裝置及方法

有效

• 申請號: 201810359977.0
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN109029740B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 元晉鵬;汪麗蓉;李少華
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳;趙江艷

本發明屬于光學頻率測量領域，提出了一種結構簡單的測量原子超精細結構的裝置及方法。裝置包括：第一激光器，原子樣品池，磁屏蔽罩，分光平片，光電探測器，射頻驅動源，平面反射鏡，聲光調制器系統和第二激光器。第一激光器發出的激光，通過原子樣品池、分光平片后被光電探測器接收，第二激光器發出的激光，依次通過聲光調制器系統、平面反射鏡、分光平片后入射到原子樣品池并與第一激光器的激光反向重合于原子樣品池；第一激光器的激光頻率與待測原子的基態能級|1＞到激發態能級|2＞共振，第二激光器的激光頻率位于原子激發態能級|2＞到待測激發態能級|3＞共振躍遷附近；聲光調制器系統與射頻驅動源連接。本發明可以實現原子超精細結構的精確測量。

技術領域

本發明屬于光學頻率測量技術領域，具體涉及一種測量原子超精細結構的裝置及方法。

背景技術

原子超精細結構的測量在電荷相互作用，原子的宇稱不守恒，基本物理常數的精密測量，高分辨率光譜及光學頻率標準等方面具有很重要的作用。目前對于光譜超精細結構的測量比較常用的方法有法布里-珀羅腔，電光調制器，光學頻率梳等。采用法布里-珀羅干涉腔測量頻率時，由于自身的熱波動和機械振動，導致其精度受限，所以測量結果會出現較大誤差，通常的精度在10^-4；采用電光調制器測量頻率時，由于需要法布里-珀羅干涉腔作為輔助工具，增加了系統的復雜性；采用基于光學頻率梳的測量方法具有較高的測量精度，而且其頻譜范圍寬，但是該設備價格昂貴，系統比較復雜。

發明內容

本發明為了解決現有技術中原子超精細結構測量精度不高，測量系統復雜，測量成本高的問題，提供了一種精度高、結構簡單的測量原子超精細結構的裝置。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種測量原子超精細結構的裝置，包括第一激光器、原子樣品池、磁屏蔽罩、分光平片、光電探測器、射頻驅動源、平面反射鏡，聲光調制器系統和第二激光器；第一激光器發出的激光，依次通過由磁屏蔽罩包裹的原子樣品池，分光平片后被光電探測器接收，第二激光器發出的激光，依次通過聲光調制器系統、平面反射鏡、分光平片后入射到所述原子樣品池并與第一激光器的激光反向重合于原子樣品池；所述第一激光器發出的激光頻率鎖定在原子的基態|1＞到激發態|2＞的超精細結構躍遷上，所述第二激光器發出的激光頻率鎖定在原子激發態|2＞到激發態|3＞共振躍遷附近；所述聲光調制器系統包括與射頻驅動源電連接的聲光調制器，所述射頻驅動源用于驅動聲光調制器，以實現第二激光器輸出激光的頻率掃描。

所述聲光調制器系統還包括45°反射鏡、0°反射鏡、二分之一波片、偏振分束棱鏡、四分之一波片、第一透鏡、第二透鏡和收集池，第二激光器發出的激光，依次通過二分之一波片、偏振分束棱鏡、四分之一波片、第一透鏡后入射到聲光調制器中，由聲光調制器一次出射的零級光由收集池收集，一次出射的一級光由0°反射鏡反射后沿原路返回聲光調制器，由聲光調制器二次出射的一級光經沿原路返回第一透鏡，并經四分之一波片、偏振分束棱鏡、45°反射鏡后出射到平面反射鏡。

所述的一種測量原子超精細結構的裝置，還包括飽和吸收光譜鎖定裝置和FP腔鎖定裝置，所述飽和吸收光譜鎖定裝置用于鎖定第一激光器發出的激光頻率，所述FP腔鎖定裝置用于鎖定第二激光器發出的激光頻率。

本發明還提供了一種測量原子超精細結構的方法，包括以下步驟：

步驟1：根據原子的精細結構能級選擇相對頻率的激光器，將第一激光器的激光鎖定在待測原子的基態|1＞到激發態|2＞的超精細結構躍遷上，把第二激光器的激光鎖定在原子激發態|2＞到待測激發態能級|3＞共振躍遷附近；

步驟2：搭建光路，使第一激光器發出的激光通過原子樣品池、分光平片后入射到光電探測器，同時使第二激光器發出的激光通過聲光調制器系統中的聲光調制器后，依次通過平面反射鏡、分光平片后入射到所述原子樣品池并與第一激光器的激光重合于原子樣品池；