[發(fā)明專利]一種即插式聲光移頻的裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010660346.X
• 申請(qǐng)日: 2020-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN111856793B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪琪;何川;徐潤(rùn)東;閆思彤;周林;王謹(jǐn);詹明生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院
• 主分類號(hào): G02F1/125
• 分類號(hào): G02F1/125;G02F1/365;G02B27/28
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所(普通合伙) 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

本發(fā)明公開了一種即插式聲光移頻的裝置，包括主框架，還包括設(shè)置在主框架上的第一聲光移頻單元、第二聲光移頻單元和第三聲光移頻單元，第一聲光移頻單元的第一組和第二組多程移頻及監(jiān)控基本單元，第二聲光移頻單元的第五至第七組多程移頻及監(jiān)控基本單元，第三聲光移頻單元的第八組和第九組多程移頻及監(jiān)控基本單元均包括依次順序分布的聲光移頻器、移頻器透鏡、移頻器反射鏡和移頻器固定相位延遲片。本發(fā)明一方面解決了傳統(tǒng)光學(xué)平臺(tái)光路中缺乏標(biāo)準(zhǔn)、穩(wěn)定性差、占用空間大、不可搬運(yùn)、不可備份等問(wèn)題，另一方面解決了專用儀器光路可升級(jí)性差、可替換性差、適用范圍窄等問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明基于用于原子分子光物理研究領(lǐng)域，尤其涉及冷原子物理領(lǐng)域，具體涉及一種用于模塊化光學(xué)系統(tǒng)的聲光移頻的裝置。

背景技術(shù)

當(dāng)下，在原子分子光物理研究領(lǐng)域中，實(shí)驗(yàn)室科學(xué)研究中采用的光學(xué)系統(tǒng)普遍為平臺(tái)加調(diào)整架式傳統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)；而在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域采用的光路又多為集成盒式光學(xué)系統(tǒng)，如文獻(xiàn)(Compact portable laser system for mobile cold atom gravimeters，XiaoweiZhang等,Applied optics,第57卷，6545—6552頁(yè)，2018年)。實(shí)驗(yàn)室中的光路隨著對(duì)探究物理問(wèn)題的深入，經(jīng)常需要升級(jí)改造；而在精密測(cè)量領(lǐng)域，隨著對(duì)測(cè)量精度的要求不斷提高，光路設(shè)計(jì)在越來(lái)越復(fù)雜的同時(shí)對(duì)穩(wěn)定性要求也越來(lái)越高。一方面，實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)具備改進(jìn)升級(jí)靈活等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)面臨以下四個(gè)問(wèn)題：一、由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)，其光學(xué)結(jié)構(gòu)因人而異，可重復(fù)性差，高標(biāo)準(zhǔn)的研究對(duì)人員技能要求也極高，這導(dǎo)致研究周期長(zhǎng)、效率低下；二、傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)搭建在平臺(tái)上，大都采用螺桿連接，環(huán)境起伏導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)性能起伏，穩(wěn)定性不佳影響長(zhǎng)期連續(xù)測(cè)量；三、傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)占用空間大，不利于大型的光學(xué)系統(tǒng)的搭建；四、當(dāng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)時(shí)，常面臨整個(gè)體系的重新搭建的問(wèn)題，耗時(shí)費(fèi)力。另一方面，集成盒式光學(xué)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，具備良好的光學(xué)穩(wěn)定性，但其無(wú)法滿足研究型實(shí)驗(yàn)中復(fù)雜的優(yōu)化、改進(jìn)需求，且面臨著造價(jià)昂貴，維護(hù)成本過(guò)高的問(wèn)題。本發(fā)明有效解決了上述光學(xué)系統(tǒng)中的這些問(wèn)題，兼顧了可改進(jìn)性和穩(wěn)定性雙重優(yōu)點(diǎn)。由于其高性能、標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)，可用作未來(lái)大型光學(xué)系統(tǒng)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行中的標(biāo)準(zhǔn)化可替換組件；也可作為移頻的功能元件，與其它功能模塊靈活組合，構(gòu)建出不同需求的光學(xué)系統(tǒng)；同時(shí)還可作為單一功能模塊，滿足原子分子光物理研究領(lǐng)域的各種聲光移頻需求。以長(zhǎng)基線原子干涉儀為例：基于激光冷卻和囚禁中性原子技術(shù)發(fā)展起來(lái)的原子干涉儀技術(shù)，已經(jīng)被應(yīng)用于重力、重力梯度、轉(zhuǎn)動(dòng)等慣性物理量的精密測(cè)量領(lǐng)域。簡(jiǎn)要來(lái)說(shuō)，原子干涉儀利用頻差等于原子兩個(gè)下能級(jí)超精細(xì)劈裂的一對(duì)激光(或稱為一束雙頻激光，在原子物理領(lǐng)域稱之為拉曼光)對(duì)被激光冷卻的(熱運(yùn)動(dòng)極其微弱的)原子進(jìn)行分束、反射以及合束操作，并將對(duì)空間敏感的激光相位寫入原子的態(tài)疊加相位，最終通過(guò)測(cè)量原子的態(tài)疊加相位得到原子在空間中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)從而計(jì)算出參考系的重力或轉(zhuǎn)動(dòng)信息。隨著原子干涉儀測(cè)量精度的提高，國(guó)際上已多次提出利用長(zhǎng)基線原子干涉儀來(lái)檢測(cè)引力波的計(jì)劃，如文獻(xiàn)(Resonant mode for gravitational wavedetectors based on atom interferometry，Peter W.Graham，Physical Review D，第94卷(104022)1—10頁(yè)，2016年)。中國(guó)精密測(cè)量創(chuàng)新與技術(shù)研究院計(jì)劃在湖北鄂州沼山建立300米長(zhǎng)基線原子干涉儀用于引力波探測(cè)，等效原理檢驗(yàn)等。光學(xué)系統(tǒng)是原子干涉儀的重要組成部分，而在如此大規(guī)模的基于原子干涉儀的精密測(cè)量系統(tǒng)中，必定涉及到龐大復(fù)雜的光路系統(tǒng)。該系統(tǒng)最大埋深超過(guò)300米，且臂長(zhǎng)超過(guò)10公里，如文獻(xiàn)(ZAIGA:ZhaoshanLong—baseline Atom Interferometer Gravitation Antenna，Ming—Sheng Zhan等，International Journal of Modern Physics D第28卷(1940005)，1—20頁(yè)，2019年)。其實(shí)驗(yàn)條件艱苦復(fù)雜，在該條件下調(diào)節(jié)傳統(tǒng)光路十分困難。而聲光移頻光學(xué)系統(tǒng)是其中使用最為頻繁的部分；該計(jì)劃涉及到三種原子，每種原子在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)頻率需求不同。為了保證這類系統(tǒng)的搭建，并保證大型原子干涉儀系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，設(shè)計(jì)出即插式聲光移頻裝置是十分關(guān)鍵的。