[发明专利]单光束饱和吸收稳频光学装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学稳频，特别是一种主要用于激光器稳频单光束饱和吸收稳频光学装置。

背景技术

半导体激光器广泛应用于精密光谱、原子冷却、量子时频等领域。在原子冷却与量子时频等领域中首先要对半导体激光器进行稳频，目前实验室应用较为广泛的稳频光学系统为饱和吸收稳频系统。现有的饱和吸收系统分为两类：有参考光的饱和吸收系统和无参考光的饱和吸收系统。应用于激光器稳频时，两种系统均可实现消多普勒加宽的精密光谱，但有参考光的饱和吸收系统经过电子学运算可以得到没有多普勒本底的饱和吸收峰，系统复杂，调节困难，多应用于精密光谱的研究中。而在实际应用中多使用没有参考光的饱和吸收系统。

通常的无参考光的饱和吸收系统主要包括二分之一波片、偏振分束器、原子吸收泡、四分之一波片、0°全反镜和弱电流放大器几个部分，见附图1。激光器1输出的光束经过二分之波片2、偏振分束器3分出一小部分用于激光器稳频，该光束先后经过原子吸收泡4、四分之一波片5入射到0°全反镜6上，作为饱和吸收光学系统中的泵浦光。入射到0°全反镜6上的光束经过反射沿原光路返回至偏振分束器3处，由于该光束两次通过四分之一波片5，其偏振方向改变90°，在偏振分束器3处发生反射后入射到弱电流放大器7上，由弱电流放大器7进行采集输入至激光器伺服系统8上，通过激光器伺服系统8对激光器1进行稳频，具体实施方法参阅文献‘Appl.Phys.B84,683-690(2006)’中figure3的相应部分。

上述的饱和吸收光学系统，包含多个光学器件，装置较为复杂，在实际应用中存在诸多问题：

1)调节困难，饱和吸收的产生需要探测光的高度重合，现有的没有参考光的饱和吸收系统利用0°全反镜6的调整来实现，调节困难。

2)稳定性差，获得稳定的激光频率输出需要稳频所用鉴频信号足够稳定，现有的没有参考光的饱和吸收系统中7采集到的鉴频信号的强度、稳定度由系统中的四分之一波片5和0°全反镜6决定，环境的振动、温度的变化都会使得光路受到影响，从而引起鉴频信号的变化，使得激光器稳频性能变差。

3)对光学元件要求较高，为了得到最大光功率利用率，需要通过四分之一波片5调整返回光束的偏振，使其恰好改变90°，这样返回光在偏振分束器3处全部反射后完全由弱电流放大器7采集，因此，四分之一波片5一般要求为真零级四分之一波片，价格昂贵，且调节难度大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有系统的不足，提供一种主要用于激光器稳频单光束饱和吸收稳频光学装置，该装置结构简单、调节方便、稳定性强，可以为激光器稳频提供稳定的鉴频信号。

本发明的技术解决方案如下：

一种主要用于激光器稳频的单光束饱和吸收稳频光学装置，其特点在于：包括依次安装在光学基座上的同光轴的二分之一波片、偏振分束器、原子吸收泡和弱电流放大器，所述的原子吸收泡的前后表面平行，前表面为增透膜，后表面为部分反射膜。

所述的原子吸收泡通过安装座进行安装，原子吸收泡的安装座的前后端盖上设有通光的小孔，该小孔的孔径为光束的高斯半径，所述的原子吸收泡的安装座采用高磁导率材料包围。

所述的部分反射膜的反射率根据经验确定，选取不同原子的不同饱和吸收峰作为激光器稳频的稳频点时，该部分反射膜的反射率不同。

本发明的技术效果：

1)原子吸收泡前表面镀增透膜，提高了光功率的利用率。

2)原子吸收泡后表面镀部分反射膜，光束分为两部分，一部分被反射沿原路径返回，作为饱和吸收光路中的泵浦光，另一部分透射后作为探测光被弱电流放大器收集并为激光器稳频提供鉴频信号。该方法使得激光光束单次通过饱和吸收稳频支路就可获得激光器稳频所需的鉴频信号。

3)由于本发明中没有使用四分之一波片和0°全反镜，光学系统结构得到了简化，调节难度大大降低。

4)本发明中使用上述原子吸收泡、没有使用四分之一波片和0°反射镜，泵浦光与探测光的重合程度不再取决于外部调整支架，而是由光束入射到上述原子吸收泡的角度所决定，在调节时，只要保证光束垂直入射至上述原子吸收泡的后表面即可。固定后不易受外界振动、温度等环境影响，提高稳频光路的稳定度。

5)本发明中弱电流放大器采集到的信号强度由入射到稳频支路的光功率强度决定，光路调整完毕后即可获得强度稳定的鉴频信号。