[發明專利]一種冷原子干涉儀冷卻激光功率穩定系統及方法

在審

• 申請號: 202010514779.4
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111834875A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 陳福勝;劉康琦;郭強;毛海岑;姚輝彬;王斌;周嘉鵬;陳新文;宋新明;欒廣建;高俊
• 申請（專利權）人: 華中光電技術研究所（中國船舶重工集團公司第七一七研究所）
• 主分類號: H01S3/13
• 分類號: H01S3/13;H01S5/068;H01S5/0683;G01D5/48
• 代理公司: 武漢藍寶石專利代理事務所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 嚴超

本發明涉及一種冷原子干涉儀冷卻激光功率穩定系統及方法，包括通過光路依次連接的聲光調制器、激光耦合器、激光分束器，還包括光功率反饋控制單元，所述光功率反饋控制單元的輸入端連接所述激光分束器、其輸出端連接所述聲光調制器；所述聲光調制器通過控制信號對輸入激光進行調制，以控制激光輸出功率；所述激光耦合器實現激光的耦合；所述激光分束器發出兩束冷原子干涉儀的冷卻激光束對和監測激光束，兩束所述冷卻激光束對和所述監測激光束的功率相同；所述光功率反饋控制單元檢測所述監測激光束的激光實時輸出功率值，并輸出驅動所述聲光調制器的控制信號。本發明實現了冷卻激光的功率穩定閉環控制，激光功率的長期穩定性高，可達0.2％/24h。

技術領域

本發明涉及激光功率控制領域，具體涉及一種冷原子干涉儀冷卻激光功率穩定系統及方法。

背景技術

隨著冷原子技術的發展，冷原子干涉儀已經被用來對物理常數、重力加速度、重力梯度、旋轉等物理量進行高精度測量。

冷原子干涉儀的工作流程可以分為四個階段：冷原子的囚禁階段，冷原子拋射階段，冷原子干涉階段和干涉信號探測階段。根據冷原子干涉儀的工作要求，冷原子囚禁和拋射時需要用到的冷卻激光束，其中囚禁階段冷卻激光束的頻率和功率會影響囚禁冷原子團的位置和原子數量，而拋射階段冷卻激光束的頻率發生變化，冷原子團在冷卻激光束的作用下發生移動，冷原子團最終的速度大小取決于冷卻激光頻率的變化量，而速度方向取決于冷卻激光的功率，這就要求冷原子干涉儀的每一對冷卻激光束相互之間可完全獨立地調節激光束的頻率和功率。

現有的絕大多數冷原子干涉儀都是采用三對冷卻激光束來實施冷原子團的囚禁與拋射。三對冷卻激光束由同一臺激光器產生，在構建的光路中使用偏振分光棱鏡和波片將激光器產生的激光進行分束，分束后的三束激光分別使用三個聲光調制器來產生衍射激光；每個聲光調制器輸出的衍射激光束通過分光比為1：1的激光分束器產生三對激光束，作為冷原子干涉儀的冷卻激光束對。三個聲光調制器的獨立控制可以保證三對激光束的完全獨立可調節，但這樣也存在明顯的激光功率不穩定的弊端：一是激光器輸出激光的功率以及偏振狀態的不穩定，分束之后的激光功率會不穩定，二是由于聲光調制器本身的特性的差異，其出射的衍射激光功率相對入射激光功率會有一定的損失以及不穩定，三是聲光調制器的出射激光通過耦合的方式進入分束器后，耦合結構的機械特性會導致耦合效率發生變化，進而導致分束后輸出的冷卻激光束對的功率也會發生變化。冷卻激光束的功率不穩定則會導致冷原子干涉儀工作時冷原子團囚禁位置以及移動速度方向的不穩定，給冷原子干涉儀的測量結果帶來影響。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的技術問題，提供一種冷原子干涉儀冷卻激光功率穩定系統及方法，解決冷原子干涉儀冷卻激光功率不穩定的問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一方面，本發明提供一種冷原子干涉儀冷卻激光功率穩定系統，包括通過光路依次連接的聲光調制器、激光耦合器、激光分束器，還包括光功率反饋控制單元，所述光功率反饋控制單元的輸入端連接所述激光分束器、其輸出端連接所述聲光調制器；

所述聲光調制器通過控制信號對輸入激光進行調制，以控制激光輸出功率；

所述激光耦合器實現激光的耦合；

所述激光分束器發出兩束冷原子干涉儀的冷卻激光束對和監測激光束，兩束所述冷卻激光束對和所述監測激光束的功率相同；

所述光功率反饋控制單元檢測所述監測激光束的激光實時輸出功率值，并輸出驅動所述聲光調制器的控制信號。

進一步，所述光功率反饋控制單元包括光功率監測模塊、控制器、直接頻率合成器、功率放大器，所述光功率監測模塊的輸入與所述激光分束器的輸出通過光路連接，所述控制器與所述光功率監測模塊、所述直接頻率合成器分別通信連接，所述直接頻率合成器的輸出與所述功率放大器信號連接，所述功率放大器的輸出與所述聲光調制器信號連接，