一种用于非相干光源光谱线型精确测量的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于非相干光源光谱线型精确测量的装置，包括非相干光源、干涉滤光片、第一透镜、干涉仪、光学频率梳、第二透镜、光电倍增管和数据采集器，干涉滤光片和第一透镜分别对非相干光源输出的光进行滤光和准直后输入到干涉仪，光学频率梳对准直后输入到干涉仪中的光的光绝对频率进行校准，再经过第二透镜聚焦后进入光电倍增管，并通过数据采集器进行采样得到干涉仪测量的非相干光源的光谱线型。本发明专利技术还公开了一种用于非相干光源光谱线型精确测量的方法。本发明专利技术利用光学频率参考梳对进入干涉仪的光绝对频率标定，加上高精度干涉仪内的FP腔或回音壁式腔的单独设计，具有很好的反射率和精细度，实现非相干光源的光谱线型精确测量。型精确测量。型精确测量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于非相干光源光谱线型精确测量的方法和装置


[0001]本专利技术涉及非相干光源的光谱测试领域，更具体涉及一种用于非相干光源光谱线型精确测量的方法，同时还涉及一种用于非相干光源光谱线型精确测量的装置，适用于精确测出非相干光源的光谱线型。

技术介绍

[0002]星载铷原子钟是目前各大卫星导航系统使用最多、最广的原子钟。星载铷原子钟的工作原理是：首先用铷光谱灯进行光抽运，把铷原子从低能级抽运到高能级；然后将微波信号送入微波腔，与铷原子发生相互作用，使原子从高能级再返回到低能级，产生原子跃迁信号。最后将原子跃迁信号转换为控制信号，去纠正晶体振荡器的频率，实现频率锁定。铷光谱灯作为星载铷原子钟的抽运光源，是其核心部件。铷原子钟输出频率稳定度和频率漂移率这两项最重要的技术指标都受限于光谱灯。
[0003]铷光谱灯的发光光谱主要包括D1和D2两种精细光谱，每条精细光谱又包括a线和b线两条超精细光谱。研究发现，光谱灯超精细光谱轮廓不仅可严重影响铷原子钟的短期频率稳定度，而且可通过光频移影响铷原子钟的长期频率稳定度和漂移率。
[0004]光频移是抽运光通过交流斯塔克效应使原子钟跃迁频率移动的效应，光功率变化和光频频率变化都会导致光频移。对激光抽运铷原子钟来说，抽运光是相干光源，理论和实验对光功率和光频率导致的光频移都有比较广泛、深入的研究。比如，F.Levi(Phys.Rev.A.93,023433,2016)等人从理论和实验上对铷气泡原子钟的光频移进行了系统的研究；T.Nagabhushan(Ph.D thesis,University of Neuchatel,2013)也对激光泵浦铷原子钟中光频移效应展开了深入研究。但是当抽运光是铷谱灯产生的非相干光源(如星载铷原子钟)时，抽运光谱线线宽与铷原子光跃迁谱线相当(均在～1GHz范围)。同时，伴随的自吸收效应使得抽运光的线型也非标准的Voigt线型。因此，在光频移计算过程中就要考虑到非标准谱线线型对光频移的影响，这与窄线宽的激光作为抽运光源的情况有很大不同。
[0005]实验方面，激光抽运铷原子钟的激光谱线宽度比较窄，且由于是相干光源，因此激光谱线很容易测量和校准。但是对于谱灯抽运铷原子钟来说，光谱灯的光为非相干光源，谱线宽度一般在GHz范围，谱线的线型不容易精确测量。且目前通用的光谱测量仪的分辨率大约都在～100MHz，而且不能进行绝对频率的校准。所以，我们需要通过设计实验方案来提高抽运光光谱的测量精度，并对光谱谱线频率进行精密测量。采用这种高精度光谱测量方案，对星载铷钟抽运光长时间变化情况进行测量后，可以进一步研究星载铷原子钟的光频移效应，评估抽运光光谱线型变化对铷原子钟稳定度和漂移率的影响。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种用于非相干光源光谱线型精确测量的方法，用于直观精确的测出非相干光源光谱线型。
[0007]本专利技术的另一个目的在于提供一种用于非相干光源光谱线型精确测量的装置，分
辨率高，谱线频率可以精确标定，利用这种装置，可以很精确的测出非相干光源的光谱线型。
[0008]为了实现上述的目的，本专利技术采用以下技术措施：
[0009]一种用于非相干光源光谱线型精确测量的方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1：非相干光源发出的光，经过干涉滤光片滤光后，仅有包含D1线或D2线的光通过干涉滤光片，经滤光后的光再经过第一透镜准直后进入干涉仪；
[0011]步骤2：采用光学频率梳对准直后输入到干涉仪中的光的光绝对频率进行校准；
[0012]步骤3：光通过干涉仪后，通过控制并改变干涉仪的FP腔镜间的气压来改变FP腔镜间介质的折射率，从而改变干涉仪扫描的频率；或者通过外界压力方式改变干涉仪的回音壁光腔的周长，从而改变干涉仪扫描的频率；或者通过电光效应改变干涉仪的回音壁光腔的折射率，从而改变干涉仪扫描的频率；
[0013]步骤4：透射干涉仪的透射光经过第二透镜聚焦后进入光电倍增管，数据采集器对光电倍增管的输出进行采样得到干涉仪测量的非相干光源的光谱线型。
[0014]一种用于非相干光源光谱线型精确测量的装置，包括非相干光源，还包括干涉滤光片、第一透镜、干涉仪、光学频率梳、第二透镜、光电倍增管和数据采集器，
[0015]干涉滤光片和第一透镜分别对非相干光源输出的光进行滤光和准直后输入到干涉仪，
[0016]光学频率梳对准直后输入到干涉仪中的光的光绝对频率进行校准，
[0017]透射干涉仪的透射光经过第二透镜聚焦后进入光电倍增管，数据采集器对光电倍增管的输出进行采样得到干涉仪测量的非相干光源的光谱线型。
[0018]本专利技术相对于现有技术，具有以下有益效果：非相干光源的谱线宽度一般在GHz范围，目前通用的光谱测量仪的分辨率大约都在～100MHz，而且不能进行绝对频率的校准。使用本专利技术方法时，针对FP腔体的精细度低问题，通过提高FP腔体的镜面反射率提高了精细度。另外当高精度干涉仪内部腔为回音壁式光腔时，通过外部压力缓慢改变光腔的周长或者电光效应改变腔体折射率可以精确控制透过光腔的波长。考虑到～10GHz自由光谱程，腔体自身的分辨率则可达到小于1MHz的水平。因此，改进后的测量方案可以实现小于1MHz的光谱测量精度，较改进前提高100倍以上。另外，现有技术不能进行光谱线型频率的绝对测量，改进后可以进行光谱线型绝对测量。
附图说明
[0019]图1为高精度测量抽运光光谱原理图；
[0020]图2为一种用于非相干光源光谱线型精确测量的装置的结构示意图；
[0021]图3为采用图2中的装置测量的微波磁场分量分布示意图；
[0022]其中：1
‑
非相干光源、2
‑
干涉滤光片、3
‑
第一透镜、4
‑
干涉仪、5
‑
光学频率梳、6
‑
第二透镜、7
‑
光电倍增管、8
‑
数据采集器。
具体实施方式
[0023]为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合实施例对本专利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专利技术，并不用于限
定本专利技术。
[0024]实施例1：
[0025]一种非相干光源光谱线型精确测量方法，其步骤是：
[0026]步骤1：非相干光源1(本实施例中，采用铷光谱灯)发出的光，经过干涉滤光2片滤光后，仅有包含铷发光光谱D1线或D2线的光通过干涉滤光片2，经滤光后的光再经过第一透镜3准直后进入干涉仪4；
[0027]步骤2：光学频率梳5输出另外一束激光到干涉仪4，采用光学频率梳5对输入到干涉仪4中的经滤光准直后的非相干光源1的输出光的光绝对频率进行校准，激光可参考到原子光频参考或绝对光频参考，能够实现～1kHz的绝对精度；由于光学频率梳5的绝对频率是已知的，因此通过光学频率梳5与非本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于非相干光源光谱线型精确测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：非相干光源(1)发出的光，经过干涉滤光片(2)滤光后，仅有包含D1线或D2线的光通过干涉滤光片(2)，经滤光后的光再经过第一透镜(3)准直后进入干涉仪(4)；步骤2：采用光学频率梳(5)对准直后输入到干涉仪(4)中的光的光绝对频率进行校准；步骤3：光通过干涉仪(4)后，通过控制并改变干涉仪(4)的FP腔镜间的气压来改变FP腔镜间介质的折射率，从而改变干涉仪(4)扫描的频率；或者通过外界压力方式改变干涉仪(4)的回音壁光腔的周长，从而改变干涉仪(4)扫描的频率；或者通过电光效应改变干涉仪(4)的回音壁光腔的折射率，从而改变干涉仪(4)扫描的频率；步骤4：透射干涉仪(4)的透射光经过第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芳，康松柏，王鹏飞，明刚，赵峰，梅刚华，
申请(专利权)人：中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，
类型：发明
国别省市：