一种基于光极化原子二向色性的激光稳频方法技术

一种基于光极化原子二向色性的激光稳频方法，利用光抽运效应极化的碱金属原子的二向色性进行稳频，克服了传统稳频方式中难以对高气压气室内原子谐振的困难，优化了稳频系统复杂程度，降低了成本，缩小了体积，其特征在于，包括将碱金属气室的一侧设置为第一入射侧，将与所述一侧相对的另一侧设置为与第一入射形成对射的第二入射侧，向所述第一入射侧输入的激光为圆偏振光以对碱金属原子进行抽运从而使碱金属原子极化，向所述第二入射侧输入的激光为线偏振光，所述线偏振光在与所述圆偏振光对射经过因光极化而具有二向色性的碱金属原子后偏振面会发生旋转，根据线偏振光偏振面转角与激光频率的对映关系实现对激光器的频率长期原位稳定进行控制。长期原位稳定进行控制。长期原位稳定进行控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光极化原子二向色性的激光稳频方法


[0001]本专利技术属于激光稳频
，适用于原子自旋惯性/磁场测量系统，特别是一种基于光极化原子二向色性的激光稳频方法。

技术介绍

[0002]随着原子光谱学、光纤通信、量子传感等科学技术的快速发展，对激光稳频技术提出了更加复杂的要求。
[0003]目前，常见的激光稳频方法包括光谱吸收线、光谱腔、光栅等。在一些类似原子自旋惯性/磁场测量等系统需要对高压气室内原子进行光抽运时，现有激光稳频方法例如光谱吸收曲线法稳频难以实现原位频率稳定控制，利用光学腔或者光栅等进行稳频时容易增加体积且成本较高。
[0004]综上，亟需设计一种抽运光频率长期原位稳定控制且成本低的方法应用于原子自旋惯性/磁场测量等系统中。

技术实现思路

[0005]本专利技术需要解决的技术问题是：克服现有技术不足，提供一种基于光极化原子二向色性的激光稳频方法，通过光抽运极化的原子具有二向色性，线偏振光经过极化的碱金属原子后偏振面旋转角和激光频率相关，用以对抽运光频率的长期原位稳定控制。
[0006]本专利技术的技术解决方案如下：
[0007]一种基于光极化原子二向色性的激光稳频方法，其特征在于，包括将碱金属气室的一侧设置为第一入射侧，将与所述一侧相对的另一侧设置为与第一入射形成对射的第二入射侧，向所述第一入射侧输入的激光为圆偏振光以对碱金属原子进行抽运从而使碱金属原子极化，向所述第二入射侧输入的激光为线偏振光，所述线偏振光在与所述圆偏振光对射经过因光极化而具有二向色性的碱金属原子后偏振面会发生旋转，根据线偏振光偏振面转角与激光频率的对映关系实现对激光器的频率长期原位稳定进行控制。
[0008]所述碱金属原子的极化率表达式如下：
[0009][0010]其中P
e
是碱金属原子极化率，Rp是光抽运率，Rsd是碱金属原子弛豫率。
[0011]所述线偏振光偏振面旋转角与激光频率的对映关系表达式如下：
[0012][0013][0014]其中φ是线偏振光偏振面旋转角，l为光路在气室内走过的长度，r
e
为经典电子半
径，c为光速，f为振子强度，n
a
为原子数密度，P
e
是碱金属原子极化率，D(v)为和激光器出射激光频率v相关的项，v0是碱金属原子谐振频率，Δv为碱金属气室的压力展宽。
[0015]基于v＝v0时，则φ＝0，通过控制φ＝0实现激光频率的长期原位稳定控制。
[0016]所述第一入射侧顺序连接消偏振分光棱镜、第一1/4波片、第三偏振分光棱镜、第二1/2波片、第二偏振分光棱镜、液晶相位延迟器、第一偏振分光棱镜、第一1/2波片、光隔离器和激光器，所述液晶相位延迟器顺序连接光强控制系统、第一光电探测器和所述第三偏振分光棱镜，所述第二入射侧顺序连接第五偏振分光棱镜、第二反射镜、第二1/4波片和第一反射镜，所述第一反射镜连接所述消偏振分光棱镜的抽运光反射侧，所述消偏振分光棱镜的线偏振光反射侧通过第三1/2波片连接第四偏振分光棱镜的输入侧，所述第四偏振分光棱镜的反射侧连接第二光电探测器，所述第四偏振分光棱镜的透射侧连接第三光电探测器，所述第二光电探测器和第三光电探测器分别连接频率控制系统，所述频率控制系统连接所述激光器。
[0017]所述碱金属气室位于烤箱内。
[0018]所述第二1/2波片用于调节第三偏振分光棱镜的反射光和透射光的分光比。
[0019]从所述消偏振分光棱镜反射的圆偏振光依次经过第一反射镜，第二1/4波片，和第二反射镜后经第五偏振分光棱镜反射后变为线偏振光，所述线偏振光与经消偏振分光棱镜透射的圆偏振抽运光束对射。
[0020]所述第一偏振分光棱镜的透射侧连接所述液晶相位延迟器，所述第一偏振分光棱镜的反射光作为主光用于其他系统中。
[0021]本专利技术的技术效果如下：本专利技术一种基于光极化原子二向色性的激光稳频方法，与现有技术相比的优点在于，本专利技术利用光抽运效应极化的碱金属原子的二向色性进行稳频，克服了传统稳频方式中难以对高气压气室内原子谐振的困难，优化了稳频系统复杂程度，降低了激光稳频成本，缩小了稳频系统的体积，为激光稳频提供了一种新的方案。
附图说明
[0022]图1是实施本专利技术一种基于光极化原子二向色性的激光稳频方法的结构原理示意图。
[0023]附图标记说明如下：1
‑
激光器；2
‑
光隔离器；3
‑
第一1/2波片；4
‑
第一偏振分光棱镜；5
‑
液晶相位延迟器；6
‑
第二偏振分光棱镜；7
‑
第二1/2波片；8
‑
第三偏振分光棱镜；9
‑
第一1/4波片；10
‑
消偏振分光棱镜；11
‑
第一光电探测器；12
‑
第一反射镜；13
‑
第三1/2波片；14
‑
第二光电探测器；15
‑
第四偏振分光棱镜；16
‑
第三光电探测器；17
‑
第二1/4波片；18
‑
第二反射镜；19
‑
烤箱；20
‑
碱金属气室；21
‑
第五偏振分光棱镜；22
‑
频率控制系统；23
‑
光强控制系统。
具体实施方式
[0024]下面结合附图(图1)和实施例对本专利技术进行说明。
[0025]图1是实施本专利技术一种基于光极化原子二向色性的激光稳频方法的结构原理示意图。参考图1所示，一种基于光极化原子二向色性的激光稳频方法，包括将碱金属气室20的一侧设置为第一入射侧，将与所述一侧相对的另一侧设置为与第一入射形成对射的第二入
射侧，向所述第一入射侧输入的激光为圆偏振光以对碱金属原子进行抽运从而使碱金属原子极化，向所述第二入射侧输入的激光为线偏振光，所述线偏振光在与所述圆偏振光对射经过因光极化而具有二向色性的碱金属原子后偏振面会发生旋转，根据线偏振光偏振面转角与激光频率的对映关系实现对激光器的频率长期原位稳定进行控制。
[0026]所述碱金属原子的极化率表达式如下：
[0027][0028]其中P
e
是碱金属原子极化率，Rp是光抽运率，Rsd是碱金属原子弛豫率。
[0029]所述线偏振光偏振面旋转角与激光频率的对映关系表达式如下：
[0030][0031][0032]其中φ是线偏振光偏振面旋转角，l为光路在气室内走过的长度，r
e
为经典电子半径，c为光速，f为振子强度，n
a
为原子数密度，P
e
是碱金属原子极化率，D(v)为和激光器出射激光频率v相关的项，v0是碱金属原子谐振频率，Δv为碱金属气室的压力展宽。
[0033]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光极化原子二向色性的激光稳频方法，其特征在于，包括将碱金属气室的一侧设置为第一入射侧，将与所述一侧相对的另一侧设置为与第一入射形成对射的第二入射侧，向所述第一入射侧输入的激光为圆偏振光以对碱金属原子进行抽运从而使碱金属原子极化，向所述第二入射侧输入的激光为线偏振光，所述线偏振光在与所述圆偏振光对射经过因光极化而具有二向色性的碱金属原子后偏振面会发生旋转，根据线偏振光偏振面转角与激光频率的对映关系实现对激光器的频率长期原位稳定进行控制。2.根据权利要求1所述的基于光极化原子二向色性的激光稳频方法，其特征在于，所述碱金属原子的极化率表达式如下：其中P
e
是碱金属原子极化率，Rp是光抽运率，Rsd是碱金属原子弛豫率。3.根据权利要求1所述的基于光极化原子二向色性的激光稳频方法，其特征在于，所述线偏振光偏振面旋转角与激光频率的对映关系表达式如下：线偏振光偏振面旋转角与激光频率的对映关系表达式如下：其中φ是线偏振光偏振面旋转角，l为光路在气室内走过的长度，r
e
为经典电子半径，c为光速，f为振子强度，n
a
为原子数密度，P
e
是碱金属原子极化率，D(v)为和激光器出射激光频率v相关的项，v0是碱金属原子谐振频率，Δv为碱金属气室的压力展宽。4.根据权利要求3所述的基于光极化原子二向色性的激光稳频方法，其特征在于，基于v＝v0时，则φ＝0，通过控制φ＝0实现激光频率的长期原位稳定控制。5.根据权利要求1所述的基于光极化原子二向色性的激光稳频方...

【专利技术属性】
技术研发人员：全伟，袁琪，刘祀浔，范文峰，王卓，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：