[發明專利]一種基于Rb87

有效

• 申請號: 202011430779.2
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112600058B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 洪毅;陳迪俊;侯霞;周翠蕓;宋鐵強;黃敏捷;王桂冰;趙劍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/00
• 分類號: H01S3/00;H01S3/08
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種基于Rbsupgt;87/supgt;調制轉移光譜穩頻光路結構，包括兩塊反射鏡、一塊半透半反鏡、兩塊二分之一波片、兩塊偏振分光棱鏡、兩塊兩個空間光隔離器、兩個準直器、一組磁屏蔽銣泡結構、一個光電探測器。本發明裝置結構緊湊、體積小，通過二分之一波片和偏振分光棱鏡能控制探測光和泵浦光的功率配比和偏振狀態，解決了Rbsupgt;87/supgt;調制轉移光譜穩頻(5supgt;2/supgt;Ssubgt;1/2/subgt;→5supgt;2/supgt;Psubgt;3/2/subgt;躍遷的F＝1→F’＝0和F’＝1的交叉共振峰)飽和吸收峰較弱的問題，得到背景較為干凈的誤差信號。通過空間光隔離器限制了探測光和泵浦光返回到對方準直器里能有效地避免反饋光對穩頻性能的影響。

技術領域：

本發明涉及一種基于Rb⁸⁷調制轉移光譜穩頻光路結構，特別是應用于冷原子鐘Rb⁸⁷冷卻所需的重泵浦光(5²S_1/2→5²P_3/2躍遷的F＝1→F’＝0和F’＝1的交叉共振峰)。

背景技術：

冷原子鐘以其高度穩定性和準確性為人類的科學技術活動提供了精密的時間頻率標準，太空的微重力環境可以使冷原子鐘的精度進一步提高，這對于基礎科學研究、導航及深空探測等領域具有重要的意義。冷原子鐘的一個關鍵的組成部分是其光源系統，必須具有窄線寬、高頻率穩定性等特點。

目前應用于空間冷原子鐘的穩頻技術大多是以波長調制飽和吸收光譜穩頻技術為主，因為其結構簡單，且頻率穩定性也可以達到較高的水平，也有采用原子雙向色性穩頻(DAVLL)技術的，這種穩頻技術可以實現更大的捕獲范圍，但他們都有明顯的缺點，其中波長調制飽和吸收光譜穩頻技術由于直接將調制加到激光器光柵反饋角的PZT上,引入了噪聲，導致頻率展寬。原子雙向色性穩頻(DAVLL)技術需要一個產生強磁場的裝置，穩頻精度受材料的雙折射影響。調制轉移光譜穩頻技術由于調制轉移過程中嚴格發生在多普勒速度為零的分子或原子間，因此解調的誤差信號沒有多普勒背景，避免了對激光器直接加調制帶來的附加噪聲，具有高靈敏高分辨率誤差信號斜率高等特點，且對溫度和功率的抖動不敏感，非常適合用來激光穩頻。

國內外文獻基于Rb⁸⁷調制轉移光譜穩頻技術的報道多以5²S_1/2→5²P_3/2躍遷的F＝2→F’＝3為主，幾乎沒有對5²S_1/2→5²P_3/2躍遷的F＝1→F’＝0和F’＝1的交叉共振峰給出詳細的光路結構說明。究其原因，主要是前者是個循環躍遷峰，即“鐘躍遷”，具有很高的信噪比和飽和吸收峰強度，而后者的飽和吸收峰強度不及前者的十分之一，誤差信號的幅度以及形態與探測光和泵浦光的功率配比、偏振狀態、光斑大小都有很大關系。按照目前文獻給出的Rb⁸⁷?5²S_1/2→5²P_3/2躍遷的F＝2→F’＝3的光路圖來看，如果照搬運用到5²S_1/2→5²P_3/2躍遷的F＝1→F’＝0和F’＝1的交叉共振峰上，這樣做的缺點主要有以下幾點：一、由于對探測光和泵浦光的偏振狀態沒有正確選擇，大多以P光，S光的組合或者圓偏振光，會造成誤差信號的背景不干凈，形狀不夠理想的情況。穩頻激光時容易造成失鎖或者鎖錯峰的情況。(筆者研究過只有當泵浦光和探測光的偏振狀態都采用P光時才能得到理想的誤差信號)；二、即便光路中的泵浦光和探測光的偏振狀態都采用P光時，也沒有對反饋光做隔離措施，造成穩頻激光頻率的抖動。

發明內容：