[發(fā)明專利]一種基于亞自然線寬光譜的激光穩(wěn)頻裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010074202.6
• 申請(qǐng)日: 2020-01-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111244754B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁尚清;楊國(guó)卿;王琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S5/0687
• 分類號(hào): H01S5/0687;H01S5/068;H01S5/0683
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發(fā)明公開(kāi)一種基于新型亞自然線寬光譜的激光穩(wěn)頻裝置及方法。來(lái)自同一激光光源的兩束線偏振激光(即泵浦光與探測(cè)光)同時(shí)作用于原子氣室中的同一批堿金屬原子，當(dāng)泵浦光與探測(cè)光的偏振方向存在一定非零夾角且泵浦光傳播方向與探測(cè)光傳播方向在原子氣室內(nèi)相反時(shí)，泵浦光與探測(cè)光同時(shí)耦合堿金屬原子基態(tài)多個(gè)能級(jí)，形成低于堿金屬原子自然線寬的亞自然線寬光譜。根據(jù)這種亞自然線寬光譜對(duì)激光光源的控制電路進(jìn)行反饋控制，實(shí)現(xiàn)一種只利用一個(gè)激光光源就能夠達(dá)到亞自然線寬的激光頻率穩(wěn)定裝置及方法，在不增加穩(wěn)頻裝置復(fù)雜性的基礎(chǔ)上提高了穩(wěn)頻效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光穩(wěn)頻技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于新型亞自然線寬光譜的激光穩(wěn)頻裝置及方法，用于將激光線寬控制到原子自然線寬以下，從而提高激光頻率的穩(wěn)定性。

背景技術(shù)

激光穩(wěn)頻技術(shù)一直是激光控制技術(shù)中的重要研究方向，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于激光物理、原子分子物理、量子光學(xué)等多個(gè)研究領(lǐng)域。目前，常用的激光穩(wěn)頻技術(shù)所使用的光譜為消多普勒光譜，如飽和吸收光譜、偏振譜等，其光譜線寬均不小于原子的自然線寬，因此基于此類光譜的激光穩(wěn)頻技術(shù)只能將激光線寬控制在自然線寬的同等水平。雖然基于電磁感應(yīng)透明或吸收的相干光譜可以獲得優(yōu)于原子自然線寬的亞自然線寬光譜，但此類光譜通常需要兩個(gè)激光光源且其中一臺(tái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)激光頻率穩(wěn)定，裝置較為復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)成本較高。故需要一種低于堿金屬原子自然線寬的亞自然線寬光譜，以提高穩(wěn)頻效果。

發(fā)明內(nèi)容

為了在不增加過(guò)多裝置復(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)成本的基礎(chǔ)上，提高目前激光穩(wěn)頻技術(shù)的穩(wěn)頻效果，本發(fā)明提供了一種基于新型亞自然線寬光譜的激光穩(wěn)頻裝置與方法。這種裝置與方法利用原子基態(tài)多個(gè)能級(jí)耦合獲得了一種新型的亞自然線寬光譜，并基于此光譜實(shí)現(xiàn)了將激光線寬壓窄到自然線寬以下的效果。

本發(fā)明的工作機(jī)理是：來(lái)自同一激光光源的兩束線偏振激光(即泵浦光與探測(cè)光)同時(shí)作用于原子氣室中的同一批堿金屬原子，當(dāng)泵浦光與探測(cè)光的偏振方向存在一定非零夾角且泵浦光傳播方向與探測(cè)光傳播方向在原子氣室內(nèi)相反時(shí)，泵浦光與探測(cè)光同時(shí)耦合堿金屬原子基態(tài)多個(gè)能級(jí)，形成低于堿金屬原子自然線寬的亞自然線寬光譜。根據(jù)這種亞自然線寬光譜對(duì)激光光源的控制電路進(jìn)行反饋控制，實(shí)現(xiàn)一種只利用一個(gè)激光光源就能夠達(dá)到亞自然線寬的激光穩(wěn)頻裝置與方法，在不增加穩(wěn)頻裝置復(fù)雜性的基礎(chǔ)上提高了穩(wěn)頻效果。

激光穩(wěn)頻裝置包括激光光源1、亞自然線寬光譜產(chǎn)生光路2、信號(hào)處理電路3；激光光源1、亞自然線寬光譜產(chǎn)生光路2、信號(hào)處理電路3依次通過(guò)激光光路連接；

所述的激光光源1由半導(dǎo)體激光器4、激光器控制電路5、偏振片6構(gòu)成；

激光器控制電路5控制半導(dǎo)體激光器4發(fā)射出激光，激光依次透過(guò)偏振片6、亞自然線寬光譜產(chǎn)生光路2；

激光控制電路5由電流源7、溫度控制器8構(gòu)成，其中電流源7給半導(dǎo)體激光器4 提供電流，溫度控制器8控制半導(dǎo)體激光器4達(dá)到所需溫度，溫度控制器8接收半導(dǎo)體激光器4反饋的實(shí)時(shí)溫度值；

所述的亞自然線寬光譜產(chǎn)生光路2由偏振分束棱鏡9、二分之一波片10、反射鏡組11、原子氣室12構(gòu)成；

激光光源1發(fā)射出的激光透過(guò)偏振分束棱鏡9后分為探測(cè)光13與泵浦光14；

探測(cè)光13透過(guò)原子氣室12后被信號(hào)處理電路3接收；

泵浦光14依次經(jīng)過(guò)二分之一波片10、反射鏡組11、原子氣室12，在原子氣室12 中的傳播路徑與探測(cè)光13在原子氣室12中的傳播路徑部分重疊且傳播方向相反；

泵浦光14經(jīng)過(guò)二分之一波片10后的偏振方向與探測(cè)光13的偏振方向存在一定非零夾角；

泵浦光14與探測(cè)光13同時(shí)耦合堿金屬原子基態(tài)多個(gè)能級(jí)，形成低于堿金屬原子自然線寬的亞自然線寬光譜。

原子氣室12由包含堿金屬飽和蒸汽且不包含其他緩沖氣體的玻璃泡構(gòu)成；