偏振可调的激光扩束准直器制造技术

为了克服现有扩束准直器对输入激光束的偏振不能精确调节和保持的缺陷，本实用新型专利技术提供了一种用于磁光阱、光学阱及其它结构冷原子物理实验系统的偏振可调的激光扩束准直器，在光路中设置了偏振轴均可独立精密调节的偏振棱镜和玻片，可以对保偏光纤输入的光束的偏振态进行精确调节和保持，减小了激光功率的起伏，消除了保偏光纤引起的出射光束的偏振态变化，满足了高质量超冷原子制备的要求。

Laser beam expanding collimator with adjustable polarization

【技术实现步骤摘要】
偏振可调的激光扩束准直器
本技术涉及一种能将光纤传输的激光转换为大直径平行激光束的偏振可调的激光扩束准直器，这种激光扩束准直器产生的激光束用于产生原子数量大、数目稳定且温度超低的冷原子团，可用于冷原子物理实验系统。
技术介绍
在冷原子物理实验以及以冷原子作为工作介质的仪器设备中，获得所包含的原子数量稳定的超低温原子团是需要解决的首要技术问题。目前获得超冷原子的最有效的方法是采用激光束和原子相互作用来制备超冷原子，根据激光冷却理论，常见的激光冷却原子的方法以光学阱和磁光阱两种为主，这两种方式都通过偏振梯度冷却的方法产生超冷原子，但光学阱方式不需要外加一个梯度磁场(采用一对反亥姆霍兹线圈产生)，只需要将三对准直对射且偏振相互正交的(线⊥线偏振光)线偏振激光束汇聚于充满热原子蒸汽的真空仓中即可在光束汇聚处获得冷原子团；磁光阱方式所使用的三对准直对射的激光束的偏振态为圆偏振正交(σ+-σ)，该方法还需要外加一个梯度磁场来俘获冷原子团(参见：J.DalibardandC.Cohen-Tannoudji，J.Opt.Soc.Am.B，Vol.6，No.11，November1989)。然而无论采用哪种阱，一个重要的前提是阱系统中的激光束的横截面上的偏振态分布应非常均匀，同时光束直径应足够大且是严格的平行光束，只有如此才能从阱中获得原子数量多且温度低的高质量超冷原子云。通常情况下，用于冷原子制备的激光系统产生的激光在最终进入磁光阱、光学阱系统前，要首先经过分束器分为六束，再由六根保偏光纤分别输入六个扩束准直器形成平行光束后再进入磁光阱或光学阱，因此激光扩束准直器的性能与所制备的冷原子团的质量直接相关，然而，现有的激光扩束准直器存在以下不足：1)现有的保偏光纤输入型扩束准直器中光路中只有玻片能转动，因此输入激光束的偏振不能被精确调节和保持，从而使得输出激光束的功率和偏振态会随环境变化而显著改变，对产生原子数稳定的超低温冷原子团非常不利。2)现有扩束准直器长度大，是阻碍了整个冷原子物理系统的小型化的主要因素之一。3)现有扩束准直器一般通过六维调整架与光纤连接，并调整导入激光束的位置和指向，六维调整架容易受到外界环境的振动影响，使激光束的输入位置参数改变，从而影响了所制备的冷原子团质量，进而降低了整个冷原子物理系统的可靠性。
技术实现思路
为了克服现有扩束准直器对输入激光束的偏振不能精确调节和保持的缺陷，本技术提供了一种用于磁光阱、光学阱及其它结构冷原子物理实验系统的偏振可调的激光扩束准直器，本技术可以对激光束的准直特性和偏振特性进行精确调节，满足高质量冷原子团制备的需要，此外还具有体积小，可靠性好的特点。本技术的技术解决方案如下：偏振可调的激光扩束准直器，包括镜筒以及沿激光传输方向依次设置的激光输入准直系统、偏振调节系统和扩束系统；偏振调节系统和扩束系统设置在镜筒内；其特殊之处在于：偏振调节系统包括旋转支持基座、沿光束传播路径依次设置的偏振棱镜和玻片；偏振棱镜用于对所述激光输入准直系统输出的准直激光进行偏振态调节；旋转支持基座为中心具有圆形通光孔的圆柱，圆柱的两个端面上均设有圆形凹槽，圆柱的侧壁上两个相对位置处内凹呈形状对称的弧面；所述圆形凹槽内分别设置独立的、可相对于旋转支持基座转动的第一旋转安装座和第二旋转安装座，并通过与旋转支持基座固定连接的、中心开有圆孔的第一限位板和第二限位板进行轴向限位；所述第一旋转安装座和第二旋转安装座的转动轴共线；偏振棱镜与玻片分别安装在所述第一旋转安装座和第二旋转安装座中；第一旋转安装座的侧壁上开设有多个沿同一圆周均布的第一转动调节孔，第二旋转安装座的侧壁上开设有多个沿同一圆周均布的第二转动调节孔；第一转动调节孔和第二转动调节孔均用于插入扳手以便于对第一旋转安装座和第二旋转安装座进行角度调节；旋转支持基座侧壁上内凹的弧面上设有第二锁紧螺孔和第三锁紧螺孔以及与之配合的第二锁紧螺钉和第三锁紧螺钉，用于对第一旋转安装座和第二旋转安装座的转动进行锁定；镜筒中部圆筒体的侧壁上两处对称位置开设有窗口，使得所述第一旋转安装座和第二旋转安装座的侧壁外露在窗口中。进一步地，所述激光输入准直系统包括沿激光输入方向依次连接的光纤耦合头、方向调整板和方向调整基座；方向调整板的主体呈圆柱状，其背光面的中部设有向外突出的半球型转动头，其向光面的中部设有倾斜安装板，其中部设有贯穿半球型转动头、圆柱状主体和倾斜安装板的圆形通光孔；倾斜安装板上用于安装光纤耦合头的安装面与方向调整板的端面的夹角为θ，θ取值范围为2-8度；光纤耦合头固定安装在所述安装面上；半球型转动头的球心与插在所述光纤耦合头中的保偏光纤出光端面的中心位置相重合；方向调整基座整体呈圆筒状，一端开口，另一端封闭；在封闭端的中部开设有圆孔，圆孔的侧壁与所述半球型转动头的形成球面配合；方向调整基座的侧壁上开设有一弧形狭缝，弧形狭缝中部沿轴向切开形成纵向狭缝，在纵向狭缝的两端设置两个凸起的耳座，耳座上设置有第一锁紧螺孔；镜筒的一端部插入方向调整基座的内部，方向调整基座可沿镜筒的轴向调整位置，并通过第一锁紧螺孔与第一锁紧螺钉进行位置锁定；方向调整板由多个沿同一圆周均布的方向调节器驱动，沿光轴逐量调节所述方向调节器可改变激光入射点的俯仰/偏转角度，以及实现方向调整板沿镜筒光轴方向的位移。进一步地，方向调节器为顶端带有球形结构、末端带有锁环的螺钉，在方向调整基座上与所述球形结构的相应接触位置处安装有陶瓷柱底座作为方向调节器的支撑；锁环用于锁定方向调节器的位置。进一步地，陶瓷柱底座通过高温、低释气环氧树脂与方向调整基座粘合。进一步地，第一旋转安装座和第二旋转安装座均具有一个滚花边缘和一个360°刻度盘。进一步地，扩束系统包括沿光束传输路径依次设置的凹透镜、凸透镜和光阑，凹透镜与凸透镜的焦点重合；凹透镜通过第一压圈固定在镜筒中；凸透镜通过垫圈和第二压圈固定在镜筒中；光阑通过第三压圈固定在镜筒中；光阑的中心的通光孔为圆孔，用于将准直后的平行激光束无用的边沿部分光按照环形切止。进一步地，凸透镜可由一组凸透镜或者双胶合凸透镜替代。进一步地，光阑中心的通光孔直径为扩束后的平行激光光束的1/e2光强对应的直径。进一步地，镜筒上与激光输入准直系统所配合的圆筒部分上设有长度标尺。进一步地，还包括设置在偏振调节系统与扩束系统之间光路上的45度矩形平面反射镜；所述镜筒呈“L”型。本技术的技术效果如下：1、本技术在光路中设置了偏振轴均可独立精密调节的偏振棱镜和玻片，可以对保偏光纤输入的光束的偏振态进行精确调节和保持，减小了激光功率的起伏，消除了保偏光纤引起的出射光束的偏振态变化，满足了高质量超冷原子制备的要求。2、本技术提出的激光扩束准直器的光学系统采用了短焦距设计，并可以进一步优化为折转型光路，使激光扩束准直器的长度明显减小，大大缩小了磁光阱/光学阱系统的占用空间，有利于整个冷原子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.偏振可调的激光扩束准直器，包括镜筒(400)以及沿激光传输方向依次设置的激光输入准直系统(100)、偏振调节系统(200)和扩束系统(300)；/n偏振调节系统(200)和扩束系统(300)设置在镜筒(400)内；/n其特征在于：/n偏振调节系统(200)包括旋转支持基座(230)、沿光束传播路径依次设置的偏振棱镜(221)和玻片(241)；偏振棱镜(221)用于对所述激光输入准直系统(100)输出的准直激光进行偏振态调节；/n旋转支持基座(230)为中心具有圆形通光孔的圆柱，圆柱的两个端面上均设有圆形凹槽，圆柱的侧壁上两个相对位置处内凹呈形状对称的弧面；/n所述圆形凹槽内分别设置独立的、可相对于旋转支持基座(230)转动的第一旋转安装座(220)和第二旋转安装座(240)，并通过与旋转支持基座(230)固定连接的、中心开有圆孔的第一限位板(210)和第二限位板(250)进行轴向限位；所述第一旋转安装座(220)和第二旋转安装座(240)的转动轴共线；/n偏振棱镜(221)与玻片(241)分别安装在所述第一旋转安装座(220)和第二旋转安装座(240)中；/n第一旋转安装座(220)的侧壁上开设有多个沿同一圆周均布的第一转动调节孔(222)，第二旋转安装座(240)的侧壁上开设有多个沿同一圆周均布的第二转动调节孔(243)；第一转动调节孔(222)和第二转动调节孔(243)均用于插入扳手以便于对第一旋转安装座(220)和第二旋转安装座(240)进行角度调节；/n旋转支持基座(230)侧壁上内凹的弧面上设有第二锁紧螺孔(232)和第三锁紧螺孔(234)以及与之配合的第二锁紧螺钉(233)和第三锁紧螺钉(235)，用于对第一旋转安装座(220)和第二旋转安装座(240)的转动进行锁定；/n镜筒(400)中部圆筒体的侧壁上两处对称位置开设有窗口(401)，使得所述第一旋转安装座(220)和第二旋转安装座(240)的侧壁外露在窗口(401)中。/n...

【技术特征摘要】
1.偏振可调的激光扩束准直器，包括镜筒(400)以及沿激光传输方向依次设置的激光输入准直系统(100)、偏振调节系统(200)和扩束系统(300)；
偏振调节系统(200)和扩束系统(300)设置在镜筒(400)内；
其特征在于：
偏振调节系统(200)包括旋转支持基座(230)、沿光束传播路径依次设置的偏振棱镜(221)和玻片(241)；偏振棱镜(221)用于对所述激光输入准直系统(100)输出的准直激光进行偏振态调节；
旋转支持基座(230)为中心具有圆形通光孔的圆柱，圆柱的两个端面上均设有圆形凹槽，圆柱的侧壁上两个相对位置处内凹呈形状对称的弧面；
所述圆形凹槽内分别设置独立的、可相对于旋转支持基座(230)转动的第一旋转安装座(220)和第二旋转安装座(240)，并通过与旋转支持基座(230)固定连接的、中心开有圆孔的第一限位板(210)和第二限位板(250)进行轴向限位；所述第一旋转安装座(220)和第二旋转安装座(240)的转动轴共线；
偏振棱镜(221)与玻片(241)分别安装在所述第一旋转安装座(220)和第二旋转安装座(240)中；
第一旋转安装座(220)的侧壁上开设有多个沿同一圆周均布的第一转动调节孔(222)，第二旋转安装座(240)的侧壁上开设有多个沿同一圆周均布的第二转动调节孔(243)；第一转动调节孔(222)和第二转动调节孔(243)均用于插入扳手以便于对第一旋转安装座(220)和第二旋转安装座(240)进行角度调节；
旋转支持基座(230)侧壁上内凹的弧面上设有第二锁紧螺孔(232)和第三锁紧螺孔(234)以及与之配合的第二锁紧螺钉(233)和第三锁紧螺钉(235)，用于对第一旋转安装座(220)和第二旋转安装座(240)的转动进行锁定；
镜筒(400)中部圆筒体的侧壁上两处对称位置开设有窗口(401)，使得所述第一旋转安装座(220)和第二旋转安装座(240)的侧壁外露在窗口(401)中。


2.根据权利要求1所述的偏振可调的激光扩束准直器，其特征在于：
所述激光输入准直系统(100)包括沿激光输入方向依次连接的光纤耦合头(130)、方向调整板(120)和方向调整基座(110)；
方向调整板(120)的主体呈圆柱状，其背光面的中部设有向外突出的半球型转动头(125)，其向光面的中部设有倾斜安装板(126)，其中部设有贯穿半球型转动头(125)、圆柱状主体和倾斜安装板(126)的圆形通光孔；
倾斜安装板(126)上用于安装光纤耦合头(130)的安装面与方向调整板(120)的端面的夹角为θ，θ取值范围为2-8度；光纤耦合头(130)固定安装在所述安装面上；
半球型转动头(125)的球心与插在所述光纤耦合头(130)中的保偏光纤出光端面的中心位置相重合；
方向调整基座(110)整体呈圆筒状，一端开口，另一端封闭；在封闭端的中部开设有圆孔(112)，圆孔(112)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾森，王先华，蔡勇，解来运，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：新型
国别省市：陕西;61