一种冷原子干涉相位调制型单边带拉曼光产生方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种冷原子干涉相位调制型单边带拉曼光产生方法及系统，所述系统包括激光器、电光调制器、本振源、窄带宽光纤滤波器、光纤放大器和倍频晶体；激光器产生频率为ω的激光作为激光源输入至电光调制器，本振源对电光调制器施加频率为δ的调制电压，所述电光调制器输出频率为ω

【技术实现步骤摘要】
一种冷原子干涉相位调制型单边带拉曼光产生方法及系统


[0001]本专利技术涉及激光频率转换
，特别地，涉及一种冷原子干涉相位调制型单边带拉曼光产生方法及其系统。

技术介绍

[0002]利用原子物质波干涉特性可以构造原子干涉仪进行物理量的精密测量。原子干涉仪具有极高的测量精度和灵敏度，在空间和速度分布上具有更加良好的相干性，目前已普遍应用于高精度旋转角速度、重力加速度和重力梯度的测量，及精细结构常数、等效原理、引力波、广义相对论等基础物理的研究。
[0003]在基于双光子受激拉曼跃迁的冷原子干涉系统中，需要利用制备的拉曼光对原子进行分束、反转和合束干涉操作，拉曼光的性能直接决定原子干涉测量结果的精度、灵敏度及原子干涉仪的可靠度、集成化程度。目前，一般直接采用780nm激光器作为产生铷原子干涉所需各种操控光的种子光源，但780nm光学器件发展不够成熟，器件阈值能量低容易损坏，且器件价格昂贵；采用1560nm激光器作为种子源，1560nm波段处于通信波段，器件技术成熟度高、价格低、集成度高。目前，产生拉曼光的方法主要有三种，分别是光学锁相合成法、光学移频合成法和电光相位调制法。光学锁相合成法基于光学相干锁相技术，通过将主从激光器的拍频锁定，然后将主从激光进行空间合成，进而获得两束固定频差的相干拉曼光；光学移频合成法是将基频激光通过声光移频器进行多次移频后，再与原光束进行空间光束合成获得拉曼光。电光相位调制法利用激光通过电光相位调制器产生等频率间隔、同偏振和光强可调的零级和边带混合的相干光，将其零级及+1级边带作为拉曼光，从而实现拉曼光的高相干和低相噪要求。相对其他两种方法，电光相位调制法的优点是不仅系统结构简单、易于集成、技术成熟度高、全光纤、效率高，同时所产生的拉曼光具有偏振一致、光学相干和自然低噪的特点，是目前最具工程化实用价值的拉曼光产生方法。但目前电光相位调制法也存在缺陷和不足，表现在普通的电光相位调制会在基频光的左右两边产生双边带，由此带来拉曼边带效应，这将影响原子干涉条纹对比度和引起相位测量误差。尽管目前提出了基于IQ调制原理的等效化单边带调制方法，但是只是解决了双向调制的问题，仍可能存在其他边带效应，边带抑制的效果有待进一步改善，而且IQ调制器件成本高、稳定性差、系统复杂，很难实现长时间的稳定控制，难以满足高精度和高稳定性的实际工程化应用要求。
[0004]目前，为了消除电光相位调制法的边带效应，研究者们提出了一些方法，主要包括谐振腔滤波法、方解石晶体调偏振法等，但都存在着一定问题。谐振腔滤波法利用F-P腔对电光调制后的激光进行滤波，通过设置F-P腔的自由光谱值可以将载波滤除，将阶边带作为一对拉曼光，但该方法结构复杂，无法集成到光纤器件中，且
±
1阶边带光强相同，无法调节拉曼光功率比，基本难以应用到原子干涉实验中。方解石晶体调偏振法是将相位调制器输出光输入到方解石晶体中并通过反射多次经过晶体，使得载波和边带产生不同的偏振变化，即-1阶边带具有垂直线偏振，+1边带具有水平线偏振，而载波具有圆偏振，光束通过水
平偏振器，仅留下载波和+1边带。该方法对光准直入射要求较高，需要多次经过方解石晶体，结构复杂，对环境条件要求苛刻，且存在耦合效率低的问题。
[0005]因此，以电光相位调制产生拉曼光为技术实现，提出集成化、低成本、简单有效的单边带拉曼光产生新方法，对铷原子量子干涉精密测量意义显著。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于提供一种冷原子干涉相位调制型单边带拉曼光产生系统，以解决采用电光相位调制法制备的拉曼光容易产生边带效应，进而影响原子干涉条纹对比度以及引起相位测量误差的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种冷原子干涉相位调制型单边带拉曼光产生系统，包括激光器、电光调制器、本振源、窄带宽光纤滤波器、光纤放大器和倍频晶体；
[0008]所述激光器产生频率为ω的激光作为激光源输入至电光调制器，所述本振源对电光调制器施加频率为δ的调制电压，所述电光调制器输出频率为ω
±
nδ的双边带调频光，其中，n＝0,1,2,...；双边带调频光输入至与目标频率光匹配的窄带宽光纤滤波器，所述窄带宽光纤滤波器输出目标频率激光，所述目标频率激光依次输入至光纤放大器和倍频晶体后输出单边带拉曼光。
[0009]进一步的，所述激光器通过锁频模块将频率锁定到一个高稳定度的光学频率基准上。
[0010]进一步的，所述窄带宽光纤滤波器包括光学环形器、光栅、输入端、反射输出端和透射输出端，所述光学环形器分别与输入端、透射输出端和反射输出端相连，所述光栅设置在光学环形器与透射输出端之间。
[0011]进一步的，所述光学环形器是一种多端口非互易光学器件，入射光只能在光学环形器内沿一个方向单向传播。
[0012]进一步的，所述光栅为光纤布拉格光栅。
[0013]进一步的，所述双边带调频光通过入射端进入光学环形器，不符合布拉格条件的光波信号经过光纤布拉格光栅透射，从透射输出端输出；符合布拉格条件的光波信号被光纤布拉格光栅反射，从反射输出端输出，得到目标频率激光。
[0014]本专利技术还提供了上述的一种冷原子干涉相位调制型单边带拉曼光产生系统产生单边带拉曼光的方法，包括以下步骤：
[0015]拉曼边带产生：激光器产生频率为ω的激光作为激光源输入至电光调制器，同时对电光调制器施加频率为δ的调制电压，所述电光调制器输出频率为ω
±
nδ的双边带调频光，其中，n＝0,1,2,...；
[0016]多余边带滤除：将所述电光调制器输出的双边带调频光输入至与目标频率光匹配的窄带宽光纤滤波器中，滤除除目标频率光匹配外的其余边带光，输出目标频率激光；
[0017]倍频：将所述目标频率激光先通过光纤放大器进行功率放大后再通过倍频晶体进行倍频，倍频后输出的光即为单边带拉曼光。
[0018]本专利技术还提供了一种冷原子干涉仪，其采用上述的一种冷原子干涉相位调制型单边带拉曼光产生系统产生的拉曼光。
[0019]本专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术提供的一种冷原子干涉单边带拉曼光产生方法，在利用电光相位调制法和光学倍频产生相干拉曼光的机制中，在相位调制的后端，利用通信波段的窄带宽光纤滤波器滤除原子干涉过程中不需要的边带成分，只保留基频光和相邻的边带光这两个目标频率成分，达到比较干净的边带调制效果，得到单边带调制光，最后通过倍频转化，得到单边带目标拉曼光。另外，当用于冷原子干涉的拉曼光和冷却光分时复用时，进入相位调制器的种子光还需要进行跳频和扫频处理，本专利技术方法通过设置合适的窄带宽滤波器参数，还可以同时满足提供原子冷却时的冷却光的频率变化需要，实现光路的复用，提高激光系统的集成度。
[0021]本专利技术提供的拉曼光产生系统不仅器件结构简单、成本低、集成度高、易于实现，而且成熟度高、稳定性好，对高精度原子干涉测量的激光系统工程化实现具有重要意义和实用价值。
[0022]除了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冷原子干涉相位调制型单边带拉曼光产生系统，其特征在于，包括激光器、电光调制器、本振源、窄带宽光纤滤波器、光纤放大器和倍频晶体；所述激光器产生频率为ω的激光作为激光源输入至电光调制器，所述本振源对电光调制器施加频率为δ的调制电压，所述电光调制器输出频率为ω
±
nδ的双边带调频光，其中，n＝0,1,2,...；双边带调频光输入至与目标频率光匹配的窄带宽光纤滤波器，所述窄带宽光纤滤波器输出目标频率激光，所述目标频率激光依次输入至光纤放大器和倍频晶体后输出单边带拉曼光。2.根据权利要求1所述的一种冷原子干涉相位调制型单边带拉曼光产生系统，其特征在于，所述激光器通过锁频模块将频率锁定到一个高稳定度的光学频率基准上。3.根据权利要求1所述的一种冷原子干涉相位调制型单边带拉曼光产生系统，其特征在于，所述窄带宽光纤滤波器包括光学环形器、光栅、输入端、反射输出端和透射输出端，所述光学环形器分别与输入端、透射输出端和反射输出端相连，所述光栅设置在光学环形器与透射输出端之间。4.根据权利要求3所述的一种冷原子干涉相位调制型单边带拉曼光产生系统，其特征在于，所述光学环形器是一种多端口非互易光学器件，入射光只能在光学环形器内沿一个方向单向传播。5.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国超，朱凌晓，吕梦洁，杨俊，颜树华，郭熙业，贾爱爱，王亚宁，李期学，张旭，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：