[發明專利]一種基于全光光柵的多路激光頻率鏈鎖定方法和裝置

有效

• 申請號: 202110509049.X
• 申請日: 2021-05-11
• 公開（公告）號: CN113381281B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 元晉鵬;汪麗蓉;董世超
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: H01S3/094
• 分類號: H01S3/094;H01S3/10
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 趙江艷

本發明屬于激光頻率鎖定技術領域，公開了一種基于全光光柵的多路激光頻率鏈鎖定方法和裝置，方法包括以下步驟：對頻標光進行鎖定在原子躍遷線上，耦合光頻率調諧到飽和吸收光譜處并進行掃頻；使耦合光分成多束，將其中一束在分成兩束形成干涉光場，注入第一原子蒸汽氣池，同時使頻標光對向注入第一原子蒸汽氣池中形成多級離散衍射；S3、將衍射光場分離，注入第一探測器探測；S4、將耦合光的其它光束注入第二原子蒸汽氣池，同時，使待鎖定激光器分別反向注入第二原子蒸汽池形成電磁誘導透明光譜并被第二探測器探測；S5、根據第一探測器與對應的第二探測器的探測信號，對待鎖定激光器進行頻率鎖定，本發明克服了傳統頻標位置固定的缺陷。

技術領域

本發明屬于激光頻率鎖定技術領域，具體涉及一種基于全光光柵的多路激光頻率鏈鎖定方法和裝置。

背景技術

激光頻率鎖定技術作為現階段推動光與物質相互作用領域發展的重要力量，在微波電場測量、精密光譜測量、玻色愛因斯坦凝聚等前沿領域有著關鍵作用。現階段激光頻率鎖定技術主要有原子分子光譜、光學諧振腔、光學頻率梳等多種手段，其中原子分子光譜局限于所使用激光器，僅能實現單個頻標分發，且頻率鎖定位置受能級結構影響相對固定。而光學諧振腔雖可實現多臺激光器同步鎖定，但只能在腔模位置鎖定單一激光器，無法實現多臺激光器在頻率方面的頻差關聯，此外限制于諧振腔腔鏡鍍膜與腔鏡數量，激光器鎖定數量受限。而光學頻率梳則受限于高昂的儀器成本，難以大范圍推廣。隨著現階段原子分子物理工作中激光器使用數量的日漸增加，單純的堆砌光學諧振腔或原子分子光譜已開始約束現階段工作效率，一種同步的多臺激光器頻率鏈鎖定系統已成為亟待解決的一個重要問題，在簡化實驗流程、提升實驗效率方面具有重要意義。

全光光柵作為一種新型的全光操控器件，基于可改變原子介質折射率的電磁誘導透明機制，利用耦合光光場空間周期性調制獲得光柵結構，可獲得分立的多級離散衍射。這種可控全光光柵下的衍射強度峰可受多種參數調諧，強度峰值位置高度可控，若能將其應用于頻率鏈的鎖定中，則有望實現多級、同步、可控、小失諧的頻率鏈鎖定優勢，以有效應對更為嚴苛的實驗需求。

發明內容

本發明克服現有技術存在的不足，所要解決的技術問題為：提供一種多路分發，同步可控，小失諧差頻鎖定的全光光柵多路激光頻率鏈鎖定的方法和裝置，以滿足原子分子實驗需求。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種基于全光光柵的多路激光頻率鏈鎖定方法，包括以下步驟：

S1、基于鎖定位置所需的目標頻差，利用飽和吸收光譜對頻標光進行鎖定，同時將耦合光頻率調諧到飽和吸收光譜處并進行掃頻；

S2、使耦合光分成多束，將其中一束在分成兩束形成干涉光場，注入第一原子蒸汽氣池，形成空間結構周期性調制的全光光柵；同時使頻標光的行波場對向注入第一原子蒸汽氣池中，被全光光柵進行多級離散衍射；

S3、將頻標光經多級離散衍射產生的衍射光場分離，分別注入一個第一探測器探測衍射強度；

S4、將耦合光的其它光束分別注入一個第二原子蒸汽氣池，同時，使待鎖定激光器分別反向注入一個第二原子蒸汽池形成電磁誘導透明光譜，通過第二探測器探測；

S5、將第一探測器的探測得到的衍射強度的峰值頻率與對應的第二探測器探測得到的電磁誘導透明信號的頻率進行差值計算，將差值作為誤差信號反饋到對應的待鎖定激光器，對待鎖定激光器進行頻率鎖定。

所述待鎖定激光器的數量等于頻標光經多級離散衍射產生的衍射光場級數。

所述步驟S3中，具體包括以下步驟：

將頻標光經多級離散衍射產生的衍射光場分為兩束；

使其中一束輸入光束質量分析儀實時監測離散衍射分布情況，另一束經擴束透鏡組增加多級離散衍射空間間距，然后通過多個偏振分束棱鏡分別篩選各個級數的離散衍射光斑。