一种低微波功率微型CPT原子钟光源产生装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种低微波功率微型CPT原子钟光源产生装置，包括直流发生器、微波发生器、偏置器、VCSEL、透镜、闪耀光栅、四分之一波片，直流发生器、微波发生器与偏置器连接，偏置器与VCSEL连接，透镜、闪耀光栅、四分之一波片均设置在VCSEL发射的光路中。本实用新型专利技术所提装置的FP腔的腔长方便调整，对应于不同碱金属原子的基态超精细能级间隔，因此可实现不同碱金属原子的微型CPT原子钟光源。本实用新型专利技术所获得的微型CPT原子钟光源，相比常规方案所需微波功率更低，特别适用于微波功率受限情况。况。况。

【技术实现步骤摘要】
一种低微波功率微型CPT原子钟光源产生装置


[0001]本技术属于被动型相干布居囚禁(Coherent Population Trapping,CPT)原子钟领域，具体涉及一种光源产生装置及方法，利用该装置及方法可以以低微波功率实现微型CPT原子钟。

技术介绍

[0002]微型CPT原子钟利用受微波调制的VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)作为光源，产生的相干光与原子相互作用制备CPT态，获得CPT谱线作为鉴频信号，因此不需要微波谐振腔，从而微型CPT原子钟不受微波谐振腔的体积限制，具有体积小、功耗低、重量轻、启动快等优势。微型CPT原子钟在通信网络系统和导航定位系统等方面具有很强的应用竞争力。
[0003]制备CPT态的光源必须包含两个频差GHz(相对应于碱金属原子基态超精细能级间隔)的相干双色光场，在实际的CPT原子钟应用中，为保持微型CPT原子钟体积小的优势，常采用对VCSEL的驱动电流直接施加微波调制，即用频率为GHz的微波和直流电流叠加后，驱动VCSEL从而获得相干多色光，利用多色光中的
±
1阶边带作为相干双色光，即微型CPT原子钟光源。
[0004]VCSEL在直流电流驱动下，输出频率为f0的单色光，当对VCSEL的驱动电流施加频率为f
m
的微波调制后，VCSEL输出调频多色光，各频率成分依次为f0(基频)、f0±
f
m
(
±
1阶边带)、f0±
2f
m
(
±
2阶边带)、
……
，相邻边带的频率差均为f
m
。当VCSEL受到微波调制后，激光总功率保持不变，激光能量从基频向各阶边带转移，各阶边带的光强正比于贝塞尔系数的平方其中I0为VCSEL输出激光的总光强，m
f
为VCSEL微波调制指数，J
n
(m
f
)为第一类贝塞尔函数的系数。
[0005]在实际微型CPT原子钟应用中，为使激光能量主要集中在
±
1阶边带上，常采用调制指数m
f
约为1.8的浅调制。在浅调制条件下，
±
1阶边带的功率近似正比于输入的微波信号功率。
[0006]本技术提出了一种低微波功率相干双色光产生方案，与常规装置相比，本技术所提的装置及方法，可以以更小的微波功率产生微型CPT原子钟光源。

技术实现思路
：
[0007]本技术的目的在于提出一种低微波功率微型CPT原子钟光源产生装置及方法，可以以低微波功率实现微型CPT原子钟。
[0008]为实现上述目的，本技术采取以下技术措施：
[0009]一种低微波功率微型CPT原子钟光源产生装置，包括直流发生器、微波发生器、偏置器、VCSEL、透镜、闪耀光栅、四分之一波片；
[0010]所述直流发生器、微波发生器分别与所述偏置器连接，所述偏置器与所述VCSEL连接；所述透镜、闪耀光栅、四分之一波片均设置在所述VCSEL发射的光路中；
[0011]所述直流发生器产生的直流电流和所述微波发生器产生的微波通过所述偏置器叠加后驱动所述VCSEL产生发散光，所述发散光经所述透镜变成平行光束，所述闪耀光栅配置成Littrow结构，所述平行光束经过所述闪耀光栅时发生衍射，其中一级衍射光沿原路返回到所述VCSEL以实现外腔反馈，零级衍射光则作为装置输出光束。
[0012]为了更清楚的说明本技术，下面对上述本技术作进一步的阐述：
[0013]如图1所示，VCSEL4结构包含底部镜子4(1)和顶部镜子4(2)，其中底部镜子4(1)为全反镜，顶部镜子4(2)为部分反射部分透射镜，底部镜子4(1)和顶部镜子4(1)组成光学FP(Fabry Perot,FP)腔，为VCSEL的有源区。闪耀光栅6作为外部反馈元件配置成Littrow结构，VCSEL4产生的激光经过闪耀光栅6时发生衍射，其中一级衍射光沿原光路返回VCSEL有源区，此时，闪耀光栅6与VCSEL4的底部镜子4(1)组成新的复合FP腔。此复合FP腔的腔长为L
eff
＝L
vcsel
n
vcsel
+L
len
n
len
+L
air
n
air
，其中L
VCSEL
、L
len
、L
air
分别为VCSEL4有源区长度、透镜5长度、光在L
eff
长度内在空气中传播的长度，n
VCSEL
、n
len
、n
air
分别为VCSEL4有源区折射率、透镜5材料折射率、空气折射率。此复合FP腔的谐振频率为其中C为光速，q为正整数。设置合适的腔长L
eff
可使复合FP腔的谐振频率与微波调制频率相等，即f
q
＝f
m
，由于闪耀光栅6的反馈作用和复合FP腔的选频作用，就能实现以较低的微波功率获得微型CPT原子钟所需的相干双色光源。
[0014]与现有技术相比，本技术具有以下优势：
[0015](1)本技术所提装置的FP腔长L
eff
方便调整，对应于碱金属原子基态超精细能级间隔不同，可适用于实现不同碱金属原子的微型CPT原子钟。
[0016](2)本技术所提装置获得的微型CPT原子钟光源，相比常规方案所需微波功率更低，特别适用于微波功率受限情况。
附图说明
[0017]图1为一种低微波功率微型CPT原子钟光源产生装置的结构示意图，其中1
‑
直流发生器，2
‑
微波发生器，3
‑
偏置器，4
‑
VCSEL，5
‑
透镜，6
‑
闪耀光栅，7
‑
四分之一波片。
[0018]图2为在相同微波功率条件下，使用本技术装置与自由运行VCSEL产生的光源中有效边带功率(
±
1阶边带功率)占激光总功率百分比随微波功率变化关系对比图。其中圆形实线表示使用本技术装置所获光源中有效边带功率百分比，方形虚线表示自由运行VCSEL所获光源中有效边带功率百分比。
具体实施方式
[0019]为了便于本领域普通技术人员理解和实施本技术，下面结合附图及实施例对本技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本技术，并不用于限定本技术。
[0020]本实施例采用
87
Rb原子为例，对本技术的技术方案作进一步的详细描述。
[0021]如图1所示，本技术提供的一种低微波功率微型CPT原子钟光源产生装置，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低微波功率微型CPT原子钟光源产生装置，其特征在于：包括直流发生器、微波发生器、偏置器、VCSEL、透镜、闪耀光栅、四分之一波片；所述直流发生器、微波发生器分别与所述偏置器连接，所述偏置器与所述VCSEL连接；所述透镜、闪耀光栅、四分之一波片均设置在所述VCSEL发射的光路中；所述直流发生器产生的直流电流和所述微波发生器产生的微波通过所述偏置器叠加后驱动所述VCSEL产生发散光，所述发散光经所述透镜变成平...

【专利技术属性】
技术研发人员：王可畏，徐四六，何俊荣，阮诗森，邓文武，
申请(专利权)人：湖北科技学院，
类型：新型
国别省市：