一种利用频率调制在光晶格里面实现弗洛凯设计的装置，在外腔半导体激光器的选模光栅上粘贴有压电陶瓷，外腔半导体激光器的光出射方向依次设置有λ/2玻片、第一凸透镜、第一格兰—泰勒棱镜、真空腔体、第二格兰—泰勒棱镜、第二凸透镜、第一声光调制器、第二声光调制器、λ/4玻片、第三凸透镜、反射镜，冷原子样品设置于真空腔体内，多通道任意函数或者多通道任意波形发生器输出三组电子学信号E1、E2和E3，电子学信号E1输入压电陶瓷，电子学信号E3输入第一声光调制器，电子学信号E2输入第二声光调制器。本发明专利技术通过在光晶格里面给压电陶瓷施加信号仅调制入射光频率的方式实现弗洛凯设计，或者仅通过调制声光调制器反射光频率实现对冷原子样品的弗洛凯设计。原子样品的弗洛凯设计。原子样品的弗洛凯设计。
【技术实现步骤摘要】
一种利用频率调制在光晶格里面实现弗洛凯设计的装置
[0001]本专利技术属于光学仪器领域，具体涉及到通过频率调制实现对囚禁在光晶格里的冷原子量子参考体系进行弗洛凯设计的装置。
技术介绍
[0002]目前，将冷原子囚禁在由驻波光场形成的光晶格势阱里可以抑制多普勒频移和光子反冲频移对原子谱线的展宽，具备实现毫赫兹量级原子跃迁谱线的潜力，在量子频标、量子计算、量子模拟和精密测量等领域用着非常重要的应用。弗洛凯设计能够修饰原子的内部能级和布洛赫振动能带结构，广泛运用于量子模拟和量子调控领域，如模拟Hubbard哈密顿量、人工规范场、拓扑光晶格等。弗洛凯设计通过周期调制量子系统参数，使被操控对象感受到周期的扰动。在这种情况下，体系哈密顿量是周期含时的，并可通过弗洛凯定理对体系的波函数进行精确求解。尽管弗洛凯设计已经在许多平台上得到展示，包括超导量子比特和超冷原子等。但在光晶格里面的应用目前仅限于周期驱动晶格反射镜的情况（通过调制晶格光反射镜的压电陶瓷来调制晶格反射光的相位）。即在光晶格里面，传统的弗洛凯设计技术无法通过调制晶格光频率的方式来实现，很难进行多参数调制且调制幅度与晶格反射镜到原子的距离无关（无法利用该特点进行精密测量）。此外，传统的弗洛凯设计无法使调制频率与调制幅度分别独立地操控弗洛凯准粒子携带的能量和数量。
技术实现思路
[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足,提供一种调制频率与调制幅度相互独立的，可以更加灵活地设计系统有效哈密顿量的利用频率调制在光晶格里面实现弗洛凯设计的装置。
[0004]解决上述技术问题采用的技术方案是：一种利用频率调制在光晶格里面实现弗洛凯设计的装置，在外腔半导体激光器的选模光栅上粘贴有压电陶瓷，外腔半导体激光器的光出射方向依次设置有λ/2玻片、第一凸透镜、第一格兰—泰勒棱镜，第一格兰—泰勒棱镜光出射方向上设置有真空腔体，光晶格俘获的冷原子样品设置于真空腔体内，真空腔体光出射方向上依次设置有第二格兰—泰勒棱镜、第二凸透镜、第一声光调制器、第二声光调制器、λ/4玻片、第三凸透镜、反射镜，多通道任意函数或者多通道任意波形发生器输出三组电子学信号E1、E2和E3，电子学信号E1输入压电陶瓷，电子学信号E3输入第一声光调制器，电子学信号E2输入第二声光调制器。
[0005]本专利技术的第一声光调制器取+1级衍射光，第二声光调制器取
‑
1级衍射光。
[0006]本专利技术的电子学信号E1为频率小于2 kHz的低频信号，器幅值取0～4福特任意值，且采用任意波形，电子学信号E2、电子学信号E3为正弦信号且频率和相位完全一致，分别作为第一声光调制器和第二声光调制器的输入信号。
[0007]本专利技术的电子学信号E2或电子学信号E3的频率调制波形为三角波。
[0008]本专利技术的电子学信号E1为多个正弦信号的叠加，实现对特定弗洛凯边带激发率的
操控，当E1分别为0.065Sin(ω
s
t)+0.345Sin(2ω
s
t)+0.243Sin(3ω
s
t)和E1= 0.005Sin(ω
s
t)+0.005Sin(2ω
s
t)+0.16Sin(3ω
s
t)时，可使载波激发率保持一致，同时二阶边带的激发率分别为0和0.17，即单独操控二阶边带激发率。
[0009]本专利技术的电子学信号E1设置成幅值为零的直流信号，电子学信号E2、电子学信号E3为正弦信号，分别作为第一声光调制器和第二声光调制器的输入信号，电子学信号E2或电子学信号E3的信号类型为频率调制信号，且电子学信号E2、电子学信号E3的中心频率一致。
[0010]本专利技术的外腔半导体激光器的中心波长为λ
L
=813.427 nm，电子学信号E1为正弦信号，表示为E1=W1Sin(ω
s
t)，其中ω
s
=2π
×
100 Hz为调制频率，W1=1.5 V为信号幅值，电子学信号E2和电子学信号E3均为正弦信号，表示为E2=E3=V
r Sin(2πν
r
t)，其中V
r
=0.4 V为信号幅值，ν
r
=80 MHz为信号频率。
[0011]本专利技术的外腔半导体激光器的中心波长为λ
L
=813.427 nm，电子学信号E1为幅值为零的直流信号或者无任何信号，电子学信号E2和电子学信号E3均为正弦信号，E2=V
r
Sin(2πν
r
t)，E3=V
r
Sin(2π(ν
r
+ν
m
)t)；其中V
r
=0.4 V为信号幅值，ν
r
=80 MHz为信号中心频率，ν
m
为三角波形调制信号，可表示为：其中ν
a
为调制幅度，T
s
=1/ν
s
为调制周期，ν
s
为调制频率。
[0012]由于本专利技术实现的弗洛凯设计可使弗洛凯准粒子所携带的能量仅由调制频率决定，而弗洛凯准粒子的数量仅由调制幅度决定。该现象在原子光谱表现为：当光与原子的耦合强度不变时，原子光谱的弗洛凯边带频率间距仅与调制频率相关，而弗洛凯边带的数量仅与调制幅度相关。传统的调制反射镜有效调制幅度与反射镜到光晶格中心位置的距离无关，而本专利技术中通过方式（Ⅰ）实现的弗洛凯设计可使有效调制幅度与反射镜到光晶格中心位置的距离成正比，即反射镜距离光晶格中心越远，有效调制幅度越大，即在其他参数不变的情况下，表现为弗洛凯边带越多，这个特点使得本专利技术可用于电压或者频率等物理量的精密测量。
附图说明
[0013]图1为本专利技术利用频率调制在光晶格里面实现弗洛凯设计的原理图。
[0014]图2为本专利技术调制晶格入射光频率实现弗洛凯设计获得的原子光谱。
[0015]图3为本专利技术调制晶格反射光频率实现弗洛凯设计获得的原子光谱。
[0016]图中：1、压电陶瓷；2、外腔半导体激光器；3、λ/2玻片；4、真空腔体；5、光晶格俘获的冷原子样品；6、λ/4玻片；7、反射镜；8、多通道任意函数或者多通道任意波形发生器；L1、第一凸透镜；L2、第二凸透镜；L3、第三凸透镜；GP1、第一格兰—泰勒棱镜；GP2、第二格兰—泰勒棱镜；A1、第一声光调制器；A2、第二声光调制器。
具体实施方式
[0017]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明，但本专利技术不限于这些实施例。
[0018]实施例1在图1中，本专利技术涉及的一种利用频率调制在光晶格里面实现弗洛凯设计的装置, 外腔半导体激光器2用于提供晶格光，外腔半导体激光器2的入射光与其反射光在真空腔体4中心附近干涉，形成光晶格势阱并囚禁冷原子样品，在外腔半导体激光器2的选模光栅上粘贴有压电陶瓷，通过压电陶瓷1电压信号输本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用频率调制在光晶格里面实现弗洛凯设计的装置,其特征在于：在外腔半导体激光器（2）的选模光栅上粘贴有压电陶瓷（1），外腔半导体激光器（2）的光出射方向依次设置有λ/2玻片（3）、第一凸透镜（L1）、第一格兰—泰勒棱镜（GP1），第一格兰—泰勒棱镜（GP1）光出射方向上设置有真空腔体（4），光晶格俘获的冷原子样品（5）设置于真空腔体（4）内，真空腔体（4）光出射方向上依次设置有第二格兰—泰勒棱镜（GP2）、第二凸透镜（L2）、第一声光调制器（A1）、第二声光调制器（A2）、λ/4玻片（6）、第三凸透镜（L3）、反射镜（7），多通道任意函数或者多通道任意波形发生器（8）输出三组电子学信号E1、E2和E3，电子学信号E1输入压电陶瓷（1），电子学信号E3输入第一声光调制器（A1），电子学信号E2输入第二声光调制器（A2）。2.根据权利要求1所述的一种利用频率调制在光晶格里面实现弗洛凯设计的装置，其特征在于：所述的第一声光调制器（A1）取+1级衍射光，第二声光调制器（A2）取
‑
1级衍射光。3.根据权利要求2所述的一种利用频率调制在光晶格里面实现弗洛凯设计的装置，其特征在于：所述的电子学信号E1为频率小于2 kHz的低频信号，器幅值取0～4福特任意值，且采用任意波形，电子学信号E2、电子学信号E3为正弦信号且频率和相位完全一致，分别作为第一声光调制器（A1）和第二声光调制器（A2）的输入信号。4.根据权利要求3所述的一种利用频率调制在光晶格里面实现弗洛凯设计的装置，其特征在于：所述的电子学信号E2或电子学信号E3的频率调制波形为三角波。5.根据权利要求3所述的一种利用频率调制在光晶格里面实现弗洛凯设计的装置，其特征在于：所述的电子学信号E1为多个正弦信号的叠加，实现对特定弗洛凯边带激发率的操控，当E1分别为0.065Sin(ω
s
t)+0.345Sin(2ω
s
t)+0.243Sin(3ω
s
t)和E1= 0.005Sin(ω
s
t)+0.005Sin(2ω
s
t)+0.16Sin(3ω
s
t)时，可使载波激发率保持一致...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢晓同，常宏，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：
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