一种应用于锶原子光钟的激光器系统及激光产生方法技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于锶原子光钟的激光器系统及激光产生方法，激光器系统包括多个种子激光器、光纤放大器、光纤合束器、光纤分束器和非线性晶体，其中种子激光器二、三输出的激光合束、和频后输出813nm激光；种子激光器一输出的激光和上述813nm激光合束、和频后输出461nm激光；种子激光器四输出的激光分成四束，其中一束和813nm激光合束、差频后输出1397nm激光，再倍频后输出698nm激光；另外三束分别和种子激光器五、六、七输出的激光合束、和频后分别输出波长为679nm、689nm、707nm激光。本申请使用七个特殊波长的光纤种子光通过光纤放大器和非线性频率变化，最终形成锶原子光钟运行过程中所需要的各种波长的激光。过程中所需要的各种波长的激光。过程中所需要的各种波长的激光。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于锶原子光钟的激光器系统及激光产生方法


[0001]本专利技术涉及光学领域，具体涉及一种应用于锶原子光钟的激光器系统及激光产生方法。

技术介绍

[0002]原子光频标是精密测量领域的研究热点，目前在频率不确定度和稳定度上已超越微波原子频标，有望成为下一代时间频率标准。在光频标领域，锶原子光钟具有重要研究地位，是一种基于光晶格技术的中性原子光钟，是目前稳定度和不确定度最好的光钟之一。锶原子光钟不仅在时间频率计量领域有重要价值，还是开展精密测量研究的最前沿平台。其中可移动光钟、空间光钟是开展精密测量研究重要前提，能极大地扩展精密测量研究领域。光钟要实现可移动化、空间化，就需要系统高度集成并且可以抗振动，能够长时间鲁棒稳定工作。
[0003]在锶原子光钟中，需要通过原子激光冷却方法制备超冷原子样品，并装载到光晶格中，对原子进行囚禁束缚，消除原子运动对跃迁谱线导致的多普勒频移和展宽效应，最后用超窄线宽激光进行钟跃迁探询。整个光钟运行过程需要六个波长的激光，包括461nm一级冷却光，679nm、707nm重泵浦激光、689nm二级冷却光、698nm钟跃迁探询激光和813nm光晶格激光，每个波长的激光都有特定的线宽、特定的频率值和特定的功率需求。由于激光主要集中在短波长并且波长值非常特殊，目前报道的常用锶原子光钟激光器系统通过半导体激光方案实现，包含了多台外腔半导体激光器的激光系统。此外，为了提高锶原子光钟的精度，钟激光还需要1397nm波长的激光输出且能稳定在只兼容红外的最新一代超稳腔上，然后通过倍频得到698nm钟跃迁探询激光；高功率的813nm光晶格激光是为了降低ASE噪声的，需要用到钛宝石激光器。所以整个激光系统体积十分庞大并且对振动等环境变化十分敏感，激光器容易跳模造成失锁，难以长时间稳定运行。所以，能实现能够抗振动的集成化小型激光系统是实现高精度锶原子光钟可移动化、空间化十分关键的技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种应用于锶原子光钟的激光器系统及激光产生方法，用光纤激光器方案实现包括461nm、679nm、707nm、689nm、698nm、813nm和1397nm七个波长的激光，每个波长的激光都是单频窄线宽、频率可调谐，满足实验频率和功率需求，整体具有集成化、抗振动特点，可以实现高精度锶原子光钟的可移动功能。
[0005]本专利技术的目的在于提供光纤激光器系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种应用于锶原子光钟的激光器系统，所述种子激光器有七个，包括多个种子激光器、光纤放大器、光纤合束器、光纤分束器和非线性晶体，其中种子激光器二、种子激光器三输出的激光合束并经非线性晶体一和频后输出波长为813nm激光；种子激光器一输出的激光和上述813nm激光合束并经非线性晶体五和频后输出波长为461nm激光；
[0008]种子激光器四输出的激光分成四束，其中一束和上述813nm激光合束并经非线性晶体六差频后输出波长为1397nm激光，再经非线性晶体七倍频后输出波长为698nm激光；另外三束分别和种子激光器五、种子激光器六、种子激光器七输出的激光合束，再经非线性晶体和频后分别输出波长为679nm激光、689nm激光、707nm激光。
[0009]进一步方案，所述种子激光器一、种子激光器五、种子激光器六和种子激光器七均掺镱光纤激光器，其中种子激光器一的激光波长为1064nm，种子激光器五的激光波长为1043nm，种子激光器六的激光波长为1067nm，种子激光器七的激光波长为1110nm；
[0010]所述种子激光器二为掺饵光纤激光器，其激光波长为1534nm；
[0011]所述种子激光器三、种子激光器四均为掺铥光纤激光器，其中种子激光器三的激光波长为1731nm，种子激光器四的激光波长为1947nm。
[0012]进一步方案，所述种子激光器一的输出端连接有掺镱光纤放大器，种子激光器二的输出端连接有掺饵光纤放大器，种子激光器三的输出端连接有掺铥光纤放大器一、种子激光器四的输出端连接有掺铥光纤放大器二；
[0013]所述非线性晶体为PPLN晶体或PPLN波导。
[0014]更进一步方案，所述掺饵光纤放大器和掺铥光纤放大器一的输出端通过光纤合束器一与非线性晶体一连接，所述非线性晶体一的输出端连接有光纤分束器二，光纤分束器二将该路激光分成三路输出，其中第一路直接输出为813nm激光；第二路与所述掺镱光纤放大器的输出端一同与光纤合束器五连接，光纤合束器五与非线性晶体五连接；第三路与所述掺铥光纤放大器二的输出端一同与光纤合束器六连接，光纤合束器六通过非线性晶体六与非线性晶体七连接；
[0015]所述掺铥光纤放大器二的输出端连接有光纤分束器一，光纤分束器一将该激光光束分成四路输出的，其中一路与光纤分束器二分出的一路激光进行合束；第二路和种子激光器五的输出端一同与光纤合束器二连接，第三路和种子激光器六的输出端一同与光纤合束器三连接，第四路和种子激光器七的输出端一同与光纤合束器四连接；所述光纤合束器二、光纤合束器三、光纤合束器四的输出端分别连接有一非线性晶体进行激光和频。
[0016]本专利技术的另一个专利技术目的是提供一种应用于锶原子光钟的激光产生方法，其包括以下步骤：
[0017](1)选择掺饵光纤激光器和掺铥光纤激光器一的波长，对二者发出的激光进行和频，并使和频后产生的激光波长为813nm；
[0018](2)将该波长为813nm激光和一个掺镱光纤激光器进行和频，使得产生的激光波长为461nm；
[0019](3)将步骤(1)产生的波长为813nm激光和掺铥光纤激光器二进行差频，使得产生的激光波长为1397nm；
[0020](4)对波长为1397nm激光进行倍频，产生激光波长为698nm；
[0021](5)将步骤(3)中掺铥光纤激光器二产生的激光通过分束器分成四路，其中三路分别与三个发出不同波长激光的掺镱光纤激光器进行和频，分别产生波长为679、689、707nm激光。
[0022]进一步方案，所述掺镱光纤激光器和掺铥光纤激光器的激光进行和频的公式为：
[0023][0024]式中，λ
Y
表示掺镱光纤激光器发出的激光波长、λ
T
表示掺铥光纤激光器发出的激光波长，i表示编号。
[0025]更进一步方案，步骤(1)中掺饵光纤激光器的激光波长为1534nm、掺铥光纤激光器一的激光波长为1731nm；
[0026]步骤(2)中掺镱光纤激光器的激光波长为1064nm；
[0027]步骤(3)中掺铥光纤激光器二的激光波长为1947nm；
[0028]步骤(5)中三个发出不同波长激光的掺镱光纤激光器的激光波长分别为1043nm、1067nm、1110nm。
[0029]进一步方案，所述和频、倍频、差频均采用非线性器件利用非线性过程进行频率变化来扩展激光波长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于锶原子光钟的激光器系统，包括多个种子激光器、光纤放大器、光纤合束器、光纤分束器和非线性晶体，其特征在于：所述种子激光器有七个，其中种子激光器二、种子激光器三输出的激光合束并经非线性晶体一和频后输出波长为813nm激光；种子激光器一输出的激光和上述813nm激光合束并经非线性晶体五和频后输出波长为461nm激光；种子激光器四输出的激光分成四束，其中一束和上述813nm激光合束并经非线性晶体六差频后输出波长为1397nm激光，再经非线性晶体七倍频后输出波长为698nm激光；另外三束分别和种子激光器五、种子激光器六、种子激光器七输出的激光合束，再经非线性晶体和频后分别输出波长为679nm激光、689nm激光、707nm激光。2.根据权利要求1所述的激光器系统，其特征在于：所述种子激光器一、种子激光器五、种子激光器六和种子激光器七均掺镱光纤激光器，其中种子激光器一的激光波长为1064nm，种子激光器五的激光波长为1043nm，种子激光器六的激光波长为1067nm，种子激光器七的激光波长为1110nm；所述种子激光器二为掺饵光纤激光器，其激光波长为1534nm；所述种子激光器三、种子激光器四均为掺铥光纤激光器，其中种子激光器三的激光波长为1731nm，种子激光器四的激光波长为1947nm。3.根据权利要求1所述的激光器系统，其特征在于：所述种子激光器一的输出端连接有掺镱光纤放大器，种子激光器二的输出端连接有掺饵光纤放大器，种子激光器三的输出端连接有掺铥光纤放大器一、种子激光器四的输出端连接有掺铥光纤放大器二；所述非线性晶体为PPLN晶体或PPLN波导。4.根据权利要求3所述的激光器系统，其特征在于：所述掺饵光纤放大器和掺铥光纤放大器一的输出端通过光纤合束器一与非线性晶体一连接，所述非线性晶体一的输出端连接有光纤分束器二，光纤分束器二将该路激光分成三路输出，其中第一路直接输出为813nm激光；第二路与所述掺镱光纤放大器的输出端一同与光纤合束器五连接，光纤合束器五与非线性晶体五连接；第三路与所述掺铥光纤放大器二的输出端一同与光纤合束器六连接，光纤合束器六通过非线性晶体六与非线性晶体七连接；所述掺铥光纤放大器二的输出端连接有光纤分束器一，光纤分束器一将该激光光束分成四路输出的，其中一路与光纤分束器二分出的一路激光进行合束；第二路和种子激光器五的输出端一同与光纤合束器二连接，第三路和种子激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔星洋，孔德泉，王瀚林，徐凭，江晓，戴汉宁，陈宇翱，潘建伟，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：