[發明專利]一種抑制鎖頻零點漂移的偏振光譜穩頻系統

有效

• 申請號: 201911131922.5
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110854663B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 裴棟梁;路想想;王杰英;孔德龍;劉簡;裴闖
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0七研究所
• 主分類號: H01S3/13
• 分類號: H01S3/13;H01S3/137
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 劉英梅

本發明涉及一種抑制鎖頻零點漂移的偏振光譜穩頻系統，包括激光器1、第一λ/2波片2、第一PBS3、第二λ/2波片5、第二PBS6、第一45°反射鏡7、λ/4波片9、第二45°反射鏡11、原子氣室8、第一50:50非偏振分束鏡10、液晶延遲器12、第三PBS20、第二50:50非偏振分束鏡21、第三50:50非偏振分束鏡14、第一差分光電探測器19、第二差分光電探測器15、第一PID23和第二PID13。本發明是在偏振光譜穩頻的基礎上，通過光學方法將光譜的零點漂移量提取出來，再通過反饋回路反饋調節液晶延遲器，使光譜信號中心始終為鎖定零點，解決了偏振光譜穩頻長期零點漂移較大的問題。

技術領域

本發明屬于原子物理領域，涉及偏振光譜穩頻技術，具體涉及一種抑制鎖頻零點漂移的偏振光譜穩頻系統。

背景技術

在原子物理和量子光學相關研究中，激光穩頻技術是壓窄激光線寬和實現激光頻率穩定的必要手段。利用原子躍遷線，可以實現激光穩頻，常用的激光穩頻方法由飽和吸收光譜穩頻、偏振光譜穩頻、雙色光譜穩頻、調制轉移光譜穩頻和PDH(Pound-Drever-Hall)穩頻等。其中，偏振光譜穩頻由于鎖頻線寬較窄，操作簡單，所需的光學元器件和實驗儀器較少，性價比較高，在實驗中得到了廣泛應用。

偏振光譜穩頻(Polarization Spectroscopy，PS)是利用原子對不同偏振的光吸收不同以及不同偏振的光在原子氣室中傳播的速度不同實現激光的無調制鎖頻，其裝置示意圖如圖1所示，主要分為光源、穩頻系統，光源為可實現原子躍遷波長激光輸出的激光器，穩頻系統由光路部分和電路部分組成，光路部分實現偏振光譜信號輸出，電路部分主要實現鑒頻信號到激光器的反饋控制。首先是光路部分，通過λ/2波片、λ/4波片、偏振分束立方體(Polarization beam splitter，PBS)、45°反射鏡和原子氣室等光學元器件實現。激光器出射激光經λ/2波片2和PBS分束后一小部分作為穩頻激光，穩頻激光再經λ/2波片2和PBS分為兩束線偏振光，反射的為S偏振的探測光，透射的為P偏振的泵浦光，泵浦光經λ/4波片6后變為圓偏振光，探測光和圓偏振的泵浦光反向穿過原子氣室重合，通過λ/4波片可以改變泵浦光偏振，從而使探測光的透射峰信號最大。探測光通過原子氣室再經λ/2波片和PBS后分束后獲得原子對不同偏振的激光的吸收光譜信號。在電路上，通過差分探測器9(Differential power detector，DPD)將光譜信號轉化成電信號，并實現差分放大，獲得偏振光譜信號，探測器輸出信號經放大濾波后通過PID10(Proportion IntegrationDifferentiation)將誤差信號反饋給激光器1的PZT(Piezoelectric ceramic)電壓調制和電流調制端口，控制激光頻率鎖定在原子躍遷線上。

偏振光譜鎖頻由于不對激光器進行調制，鎖定后噪聲較低；在實驗光路方面，直接通過差分探測的鑒頻信號對激光器進行反饋，一定程度上減少了實驗儀器的使用，節約了成本。但是由于是通過原子對不同偏振光的吸收不同產生的鑒頻信號，在進行頻率鎖定時，鎖頻點會隨光功率和偏振的變化而改變，對于實驗的長期測量會引入較大的誤差。

由于偏振光譜穩頻的長期穩定性較差，在實驗上，長期測量多采用調制轉移光譜和PDH鎖頻等方法對激光器進行穩頻，但是這兩種方法光路較復雜，所需元器件也較昂貴。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種所需元器件較少、成本較低、操作簡單，可以解決偏振光譜穩頻長期穩定性較差的抑制鎖頻零點漂移的偏振光譜穩頻系統。

本發明的上述目的通過如下技術方案來實現：

一種抑制鎖頻零點漂移的偏振光譜穩頻系統，其特征在于：包括光源、第一λ/2波片、第一PBS、第二λ/2波片、第二PBS、第一45°反射鏡、λ/4波片、第二45°反射鏡、原子氣室、第一50:50非偏振分束鏡、液晶延遲器、第三PBS、第二50:50非偏振分束鏡、第三50:50非偏振分束鏡、第一差分光電探測器、第二差分光電探測器、第一PID和第二PID；