应用于冷原子喷泉钟的小型化主激光光路装置及调整方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种应用于冷原子喷泉钟的小型化主激光光路装置，包括光纤耦合器、HP旋转组合模块与猫眼双次通过声光调制模块，用于冷原子喷泉钟的稳频主激光经保偏光纤传输后由光纤耦合器准直输出到自由空间，经HP旋转组合模块进行分光，分为探测光、向上和向下冷却光，探测光、向上和向下冷却光分别进入三个猫眼双次通过声光调制模块做激光的频率和幅度控制后，通过1/4波片和1/2波片组合后再入射到对应的光纤耦合器耦合进入保偏光纤，进而分别用作冷原子喷泉钟所需的探测光、向上和向下冷却光。本发明专利技术具有约束光路走向，降低光高，提升冷原子喷泉钟光路稳定性的优点。本发明专利技术还提供一种应用于冷原子喷泉钟的小型化主激光光路装置的调整方法。置的调整方法。置的调整方法。

【技术实现步骤摘要】
应用于冷原子喷泉钟的小型化主激光光路装置及调整方法


[0001]本专利技术属于激光光路
，尤其涉及一种应用于冷原子喷泉钟的小型化主激光光路装置及调整方法。

技术介绍

[0002]冷原子喷泉钟是实现原子跃迁频率复现的频率标准装置，通过激光冷却囚禁原子技术，将真空中室温状态下的原子冷却到1～3μK，接近绝对零度，并通过移动光学黏胶方法将冷原子上抛，在原子自由落体过程中与微波作用，之后利用激光探测原子的量子态，以此实现馈入微波频率锁定在原子跃迁频率。主激光在冷原子喷泉钟中用作原子的操控和探测。主激光器输出的主激光通过原子气室饱和吸收光谱锁定在原子基态能级与激发能级之间的相应跃迁频率上。主激光光路则用于主激光的分光，频率调制和偏振控制，满足喷泉钟激光冷却所需的激光频率、幅度、偏振和时序控制要求。
[0003]传统的冷原子喷泉钟主激光光路采用通用光学元件和调节架，光路走向不收约束，声光调制器水平放置，造成占用面积较大，通常的光路面积大于1.2m*0.9m，而且光路的光程较长，光高较高，增加了系统的不稳定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一些实施例提出一种应用于冷原子喷泉钟的小型化主激光光路装置，解决传统的冷原子喷泉钟主激光光路采用通用光学元件和调节架，光路走向不收约束，声光调制器水平放置，造成占用面积较大而且光路的光程较长，光高较高，增加了系统的不稳定性的技术问题。
[0005]本专利技术提供了一种应用于冷原子喷泉钟的小型化主激光光路装置，包括光纤耦合器、HP旋转组合模块与猫眼双次通过声光调制模块，
[0006]用于冷原子喷泉钟的稳频主激光经保偏光纤传输后由光纤耦合器准直输出到自由空间，经HP旋转组合模块进行分光，分为探测光、向上冷却光和向下冷却光，所述探测光、向上冷却光和向下冷却光分别进入三个猫眼双次通过声光调制模块做激光的频率和幅度控制后，通过1/4波片和1/2波片组合后再入射到对应的光纤耦合器耦合进入保偏光纤，进而分别用作冷原子喷泉钟所需的探测光、向上冷却光和向下冷却光。
[0007]优选地，所述光纤耦合器包括第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器和第四光纤耦合器，所述HP旋转组合模块包括第一HP旋转组合模块、第二HP旋转组合模块、第三HP旋转组合模块与第四HP旋转组合模块，
[0008]用于冷原子喷泉钟的稳频主激光经保偏光纤传输后由所述第一光纤耦合器准直输出，然后依次经过所述第一HP旋转组合模块、第二HP旋转组合模块、第三HP旋转组合模块与第四HP旋转组合模块进行分光，所述第一HP旋转组合模块用于固定光纤出射激光的偏振态，使得所述第二HP旋转组合模块、第三HP旋转组合模块与第四HP旋转组合模块的分光比不会随入射光纤的偏振抖动而变化，所述第二HP旋转组合模块分出的反射光束用作探测
光；所述第三HP旋转组合模块分出的反射光束用作向上冷却光，所述第四HP旋转组合模块分出的反射光束用作向下冷却光束；
[0009]所述探测光、向上冷却光和向下冷却光分别进入三个猫眼双次通过声光调制模块做激光的频率和幅度控制后，通过1/4波片和1/2波片组合后再分别入射到对应的第二光纤耦合器、第三光纤耦合器和第四光纤耦合器进行耦合进入保偏光纤。
[0010]优选地，所述猫眼双次通过声光调制模块包括依次设置的竖直声光调制器、透镜、1/4波片与反射镜，所述1/4波片用于调整光束的偏振方向，准直光束经所述竖直声光调制器移频后产生偏转光束，传输透镜焦距距离后零级光束和+1级光束经所述透镜聚焦，焦点位于所述反射镜的镜面上，反射光按原路返回，通过所述透镜和竖直声光调制器后二次通过的+1级光束与入射光束重合。
[0011]优选地，所述竖直声光调制器包括竖直转接座与声光调制器，所述竖直转接座与声光调制器固定连接，所述竖直转接座通过旋转轴固定在光学平面上，并且所述竖直转接座围绕所述旋转轴转动。
[0012]优选地，所述透镜为焦距为25mm整数倍的透镜。
[0013]优选地，所述HP旋转组合模块包括转接座、安装1/2波片的旋转架、安装PBS的安装台、转接PBS安装台的旋转架，
[0014]所述HP旋转组合模块用于提供准直光束的偏振分束功能与PBS反射方向的俯仰和水平偏转的调节功能；
[0015]所述安装1/2波片的旋转架与转接PBS安装台的旋转架通过螺钉固定在所述转接座上，用于调整所述转接座的加工高度，使得安装后的所述安装1/2波片的旋转架与转接PBS安装台的旋转架通光孔中心高度通过调整所述转接座的加工高度保持与光路装置的光高一致。
[0016]优选地，所述光路装置按照标准光学平板固定孔中心的连线横平竖直布局，并且根据光路功能按最短距离布局光路。
[0017]优选地，所述光纤耦合器为五轴光纤耦合器。
[0018]本专利技术还提供一种应用于冷原子喷泉钟的小型化主激光光路装置的调整方法，包括如下步骤：
[0019]步骤一：主激光的准直和光高调节
[0020]将输出主激光的保偏光纤连接到光纤耦合器上输出准直光束，调节光纤耦合器的准直透镜位置，优化光束准直度；
[0021]调整光纤耦合器的XY方向旋钮，使得光束在光路光高平面上与光学平板平行，并按光路光高要求沿光学平板固定孔中心连线布局；
[0022]步骤二：HP旋转组合模块调节
[0023]准直光束依次通过四个HP旋转组合模块进行分光，第一HP旋转组合模块将光纤输出光大部分调整为透射输出，用于固定光纤出射激光的偏振态；第二HP旋转组合模块分出的反射光束用作探测光；第三HP旋转组合模块分出的反射光束用作向上冷却光，第四HP旋转组合模块分出的反射光束用作向下冷却光束；
[0024]所有HP旋转组合模块的反射光束均按光路布局要求在固定光高上沿光学平板的固定孔中心连线横平竖直布局；
[0025]步骤三：竖置声光调制器调节
[0026]竖置声光调制器包括声光调制器与竖置转接座，所述声光调制器和竖置转接座固定连接，所述声光调制器的换能器中心位置通过所述竖置转接座上的定位孔定位，固定在光路布局要求的光高上；
[0027]准直光束从水平方向入射到所述竖直声光调制器，通过在竖置方向上旋转所述声光调制器，在水平方向上旋转所述竖置转接座，实现声光调制器效率的优化；
[0028]步骤四：猫眼双次通过声光调制模块的调整
[0029]经过所述HP旋转组合模块分出的探测光、向上冷却光和向下冷却光将分别通过对应的所述猫眼双次通过声光调制模块实现激光的频率和幅度控制；
[0030]步骤五：自由空间至保偏光纤的光纤耦合调节
[0031]经过所述猫眼双次通过声光调制模块后由对应的HP旋转组合模块透射的探测光、向上冷却光和向下冷却光的自由空间光束需要耦合进对应的三根保偏光纤进行传输；
[0032]其中，每根保偏光纤的耦合包括一个光纤耦合器、一个1/2波片和一个1/4波片，调节所述光纤耦合器的透镜焦距、俯仰、倾斜和XY方向，实现自由空间至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于冷原子喷泉钟的小型化主激光光路装置，其特征在于，包括光纤耦合器、HP旋转组合模块与猫眼双次通过声光调制模块，用于冷原子喷泉钟的稳频主激光经保偏光纤传输后由光纤耦合器准直输出到自由空间，经HP旋转组合模块进行分光，分为探测光、向上冷却光和向下冷却光，所述探测光、向上冷却光和向下冷却光分别进入三个猫眼双次通过声光调制模块做激光的频率和幅度控制后，通过1/4波片和1/2波片组合后再入射到对应的光纤耦合器耦合进入保偏光纤，进而分别用作冷原子喷泉钟所需的探测光、向上冷却光和向下冷却光。2.根据权利要求1所述的应用于冷原子喷泉钟的小型化主激光光路装置，其特征在于，所述光纤耦合器包括第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器和第四光纤耦合器，所述HP旋转组合模块包括第一HP旋转组合模块、第二HP旋转组合模块、第三HP旋转组合模块与第四HP旋转组合模块，用于冷原子喷泉钟的稳频主激光经保偏光纤传输后由所述第一光纤耦合器准直输出，然后依次经过所述第一HP旋转组合模块、第二HP旋转组合模块、第三HP旋转组合模块与第四HP旋转组合模块进行分光，所述第一HP旋转组合模块用于固定光纤出射激光的偏振态，使得所述第二HP旋转组合模块、第三HP旋转组合模块与第四HP旋转组合模块的分光比不会随入射光纤的偏振抖动而变化，所述第二HP旋转组合模块分出的反射光束用作探测光；所述第三HP旋转组合模块分出的反射光束用作向上冷却光，所述第四HP旋转组合模块分出的反射光束用作向下冷却光束；所述探测光、向上冷却光和向下冷却光分别进入三个猫眼双次通过声光调制模块做激光的频率和幅度控制后，通过1/4波片和1/2波片组合后再分别入射到对应的第二光纤耦合器、第三光纤耦合器和第四光纤耦合器进行耦合进入保偏光纤。3.根据权利要求2所述的应用于冷原子喷泉钟的小型化主激光光路装置，其特征在于，所述猫眼双次通过声光调制模块包括依次设置的竖直声光调制器、透镜、1/4波片与反射镜，所述1/4波片用于调整光束的偏振方向，准直光束经所述竖直声光调制器移频后产生偏转光束，传输透镜焦距距离后零级光束和+1级光束经所述透镜聚焦，焦点位于所述反射镜的镜面上，反射光按原路返回，通过所述透镜和竖直声光调制器后二次通过的+1级光束与入射光束重合。4.根据权利要求3所述的应用于冷原子喷泉钟的小型化主激光光路装置，其特征在于，所述竖直声光调制器包括竖直转接座与声光调制器，所述竖直转接座与声光调制器固定连接，所述竖直转接座通过旋转轴固定在光学平面上，并且所述竖直转接座围绕所述旋转轴转动。5.根据权利要求3所述的应用于冷原子喷泉钟的小型化主激光光路装置，其特征在于，所述透镜为焦距为25mm整数倍的透镜。6.根据权利要求1所述的应用于冷原子喷泉钟的小型化主激光光路装置，其特征在于，所述HP旋转组合模块包括转接座、安装1/2波片的旋转架、安装PBS的安装台、转接PBS安装台的旋转架，所述HP旋转组合模块用于提供准直光束的偏振分束功能与PBS反射方向的俯仰和水平偏转的调节功能；所述安装1/2波片的旋转架与转接PBS安装台的旋转架通过螺钉固定在所述转接座上，<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟亮，李天初，房芳，戴少阳，刘昆，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：