[发明专利]积分球冷原子钟耦合光路

说明书

技术领域

本发明涉及原子钟的光路系统，特别是一种积分球冷原子钟耦合光路。该光路系统可以有效减少积分球表面、磁屏蔽桶、微波腔以及C场的开孔数量，从而提高微波场分布和C磁场的均匀性。

背景技术

在微波冷原子频标领域，对光学系统的稳定性和微波场磁场的要求比较高。在传统的积分球冷原子钟光路系统中，由于冷却光耦合进积分球内需要对外部的磁屏蔽桶、微波腔、C场以及积分球表面的相应位置进行开孔，开孔的位置又恰好处于积分球的中心位置。积分球下方有一个固定的直径约为10mm开孔用来连接真空系统，在正上方开一个直径约为5mm的孔来通过探测光。此外，在积分球中心对称位置还有两个注入冷却光的小孔，为了保证积分球的冷却效果，冷却光小孔直径为2mm左右。而为了保证磁屏蔽效果、微波场的均匀性、C场的均匀性，在磁屏蔽桶、微波腔和C场线圈上对应位置开孔的大小不宜过大，一般不会超过5mm，在注入冷却光的时候要让冷却光精确的通过这三个小孔，注入积分球后还要尽量发散，这样不仅增加了机械加工的难度，而且给冷却光耦合进积分球增加了很多困难。这样的光路稳定性也不好，里面的微波场与C场也因为中间的开孔而受到很大影响。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有光路的不足，提供一种积分球冷原子钟耦合光路，该光路可以减少积分球表面开孔数量，避免在磁屏蔽桶、微波腔、和C场线圈的侧面开孔，降低冷却光耦合难度，提高光路系统的稳定性以及内部微波场和C场的均匀性。

本发明的技术解决方案如下：

一种积分球冷原子钟耦合光路，特点在于其构成包括石英球泡，该石英球泡的外壁有高反射率涂层，该石英球泡的正顶部的高反膜顶部，该石英球泡的正下方连接石英管，该石英管的下端接六通，该六通经管道接真空系统；该六通与所述的石英管相对的一面为通光窗口，沿石英球泡、石英管和通光窗口的光轴方向由上而下依次是四分之一波片、第一偏振分光棱镜、第一二分之一波片、第二偏振分光棱镜、第三二分之一波片、保偏光纤耦合头，在第一偏振分光棱镜的左边水平方向依次是第一凸透镜和光电管，所述的光电管的感光面位于所述的第一凸透镜的焦平面；在所述的第二偏振分光棱镜的左边水平方向依次是第二二分之一波片和第二凸透镜；

冷却光平行入射第二凸透镜，第二凸透镜的焦平面位于通光窗口之前，先会聚后发散，经过第二偏振分光棱镜反射依次经第二偏振分光棱镜、第一二分之一波片、第一偏振分光棱镜、四分之一波片、通光窗口、石英管进入积分球内部；

探测光由保偏光纤耦合头输出依次经第三二分之一波片、第二偏振分光棱镜、第一二分之一波片、第一偏振分光棱镜、四分之一波片、通光窗口、石英管直达高反膜顶部，探测光在积分球内形成驻波场，经该高反膜顶部反射后，依次经所述的石英管、通光窗口、四分之一波片、第一偏振分光棱镜反射，经第一凸透镜由所述的光电管接收进行信号探测。

所述的积分球的高反射率涂层的漫反射率大于97%。

所述的连接真空的六通通光窗口镀上780nm波长的增透膜。

所述的第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜的消光比在780nm波长达到7000：1。

所述的凸透镜、四分之一波片、二分之一波片镀上780nm波长的增透膜。

本发明积分球冷原子钟耦合光路，特点在于冷却光与探测光均从积分球底部通光孔耦合进积分球内部。

所述的冷却光，经过前置光路调节成线偏振平行光，经过长焦透镜后先会聚后发散，会聚后的焦点在六通通光窗口之前，在满足冷却光可以注入积分球内部的前提下可以进行微调。经过二分之一波片改变其偏振，使其经过偏振分光棱镜后完全反射，然后调节下一个二分之一波片改变其偏振，使其经过第二个偏振分光棱镜后绝大部分透射，最后经过四分之一波片进入外面喷涂高反射涂料的石英泡内，经过高反射涂料的漫反射在石英泡内形成各向同性光场。