[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于里德堡原子探測(cè)系統(tǒng)的激光穩(wěn)頻方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210461787.6
• 申請(qǐng)日: 2022-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN114825021A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊凱;毛瑞棋;孫占山;安強(qiáng);林沂;付云起
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/13
• 分類號(hào): H01S3/13;H01S3/00;H01S3/137
• 代理公司: 長(zhǎng)沙國(guó)科天河知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 李楊

本申請(qǐng)涉及一種應(yīng)用于里德堡原子探測(cè)系統(tǒng)的激光穩(wěn)頻方法。所述方法包括：激光穩(wěn)頻裝置包括探測(cè)激光穩(wěn)頻單元和耦合激光穩(wěn)頻單元，通過(guò)探測(cè)激光穩(wěn)頻單元向耦合激光穩(wěn)頻單元輸出一路帶調(diào)制的探測(cè)激光和一路調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)耦合激光穩(wěn)頻單元的穩(wěn)頻。其中，在探測(cè)激光穩(wěn)頻單元的飽和吸收光譜中分出一路帶調(diào)制的探測(cè)激光與耦合激光共同作用產(chǎn)生里德堡EIT光譜，同時(shí)，飽和吸收光譜信號(hào)與里德堡EIT光譜信號(hào)通過(guò)與信號(hào)源產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)混頻產(chǎn)生各自的鑒相信號(hào)分別用于探測(cè)激光器和耦合激光器的頻率穩(wěn)定。本發(fā)明在常溫下，僅使用一個(gè)信號(hào)源及激光調(diào)制器件即可實(shí)現(xiàn)探測(cè)激光器和耦合激光器的頻率穩(wěn)定，穩(wěn)頻效果好，且降低了整個(gè)穩(wěn)頻系統(tǒng)的成本及復(fù)雜度。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及激光穩(wěn)頻技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種應(yīng)用于里德堡原子探測(cè)系統(tǒng)的激光穩(wěn)頻方法。

背景技術(shù)

里德堡原子是指主量子數(shù)n遠(yuǎn)大于1的高激發(fā)態(tài)原子，其輻射壽命與n3成正比、電偶極矩與n4成正比、極化率與n7成正比。這些特性使得里德堡原子成為研究量子存儲(chǔ)、量子計(jì)算、量子精密測(cè)量等領(lǐng)域的絕佳物理平臺(tái)。

三能級(jí)階梯型電磁誘導(dǎo)透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)是應(yīng)用最為廣泛的一種里德堡原子探測(cè)手段。一束弱探測(cè)光將堿金屬原子從基態(tài)激發(fā)至中間態(tài)，同時(shí)，一束強(qiáng)耦合光將原子從中間態(tài)激發(fā)至所需要的里德堡態(tài)。將激光頻率鎖定至相應(yīng)的原子躍遷能級(jí)，對(duì)實(shí)現(xiàn)里德堡原子精密測(cè)量來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

現(xiàn)有技術(shù)中，激光穩(wěn)頻方法可以分為兩類，一類是基于超穩(wěn)腔的PDH(Pound–Drever–Hall)鎖頻法；另一類是基于原子躍遷光譜的鎖頻方法。PDH鎖頻法不依賴外部頻率參考，不需要在激光頻率上添加低頻擾動(dòng)，而且此方法的鑒相曲線信噪比很高，并且可以壓窄激光線寬。但是，此方法需要極高的機(jī)械和溫度穩(wěn)定度，并且需要額外的手段將激光頻率移頻至原子躍遷處。基于原子躍遷光譜的鎖頻方法可以將激光頻率精確地鎖定于原子躍遷頻率處，對(duì)外部實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求較低，更容易實(shí)現(xiàn)激光穩(wěn)頻系統(tǒng)的實(shí)用化與小型化。如焦月春等人公開的一種基于里德堡EIT的激光穩(wěn)頻方法(Jiao Y,Li J,Wang L,et al.Laserfrequency locking based on Rydberg electromagnetically induced transparency[J].中國(guó)物理B：英文版,2016(5):3.)。此方法通過(guò)調(diào)制探測(cè)激光的壓電陶瓷電壓來(lái)獲得鑒相信號(hào)，光路簡(jiǎn)單，但是調(diào)制的探測(cè)光會(huì)展寬激光線寬，影響里德堡原子的測(cè)量精度。JiaFengdong等人公開了一種利用塞曼調(diào)制的里德堡激光穩(wěn)頻方法(Jia F,Zhang J,Zhang L,et al.Frequency Stabilization Method for Transition to Rydberg State usingZeeman Modulation[J].Applied Optics,2020,59(7).)。此方法利用塞曼效應(yīng)調(diào)制三能級(jí)階梯里德堡EIT能級(jí)來(lái)鎖定探測(cè)光及耦合光，但是整個(gè)穩(wěn)頻系統(tǒng)需要用到兩個(gè)磁場(chǎng)線圈分別對(duì)探測(cè)光及耦合光進(jìn)行調(diào)制，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。上述兩種方法均是對(duì)探測(cè)光和耦合光單獨(dú)調(diào)制，這使得整個(gè)穩(wěn)頻系統(tǒng)的成本及復(fù)雜度增加，限制了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種能夠降低系統(tǒng)復(fù)雜度的應(yīng)用于里德堡原子探測(cè)系統(tǒng)的激光穩(wěn)頻方法和裝置。

一種應(yīng)用于里德堡原子探測(cè)系統(tǒng)的激光穩(wěn)頻方法，所述方法包括：

搭建探測(cè)激光穩(wěn)頻單元，通過(guò)所述探測(cè)激光穩(wěn)頻單元實(shí)現(xiàn)探測(cè)激光的頻率穩(wěn)定；

搭建耦合激光穩(wěn)頻單元；所述耦合激光穩(wěn)頻單元中包括EIT光譜單元和耦合光鑒相反饋單元；

通過(guò)所述探測(cè)激光穩(wěn)頻單元中的飽和吸收光譜單元輸出一路帶調(diào)制的探測(cè)激光，將頻率穩(wěn)定后的所述帶調(diào)制的探測(cè)激光輸入所述EIT光譜單元，產(chǎn)生EIT光譜信號(hào)；