[发明专利]一种激光稳频方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光稳频技术领域，特别涉及一种利用原子磁光双共振及光频移效应稳定激光频率的方法及装置。

背景技术

自20世纪60年代激光技术发展以来，由于其具有良好的单色性和方向性，激光在光与物质相互作用领域的应用前景非常广泛。基于量子力学理论，原子的束缚态能量是分立的，称为原子的能级结构。光与原子相互作用时，依据选择定则，当光的频率等于原子两个能级间隔时，原子会发生跃迁，这是利用量子效应进行的原子操作技术。为了能保持光与原子发生上述作用，需要光的频率稳定等于原子能级间隔。但是对于大多数激光器，由于机械振动、温度波动、电路抖动等因素，使激光的中心频率会发生漂移，这样一来激光就无法使原子持续跃迁，因此就需要一个频率稳定机制使激光频率稳定在原子能级间隔上。激光频率稳定技术应用广泛，在涉及激光与原子相互作用的基础研究以及原子钟、原子磁力仪等应用研究中，都有重要的应用。

发明内容

为了解决上述激光频率稳定的问题，本发明提供一种激光稳频方法及装置，利用光频移效应会对磁光双共振信号产生的影响，通过探测这种影响作为误差信号，利用该误差信号使激光频率趋于稳定。

本发明的目的之一在于，提供一种激光稳频装置，包括在一激光光路上依次布置的：

用以将由一激光发生装置发出的一束激光转换为一左旋圆偏振光及一右旋圆偏振光的一光泵浦系统；

用以将由平行于入射光方向的外磁场和垂直于入射光的交变磁场共同作用两个原子气室的两套原子磁共振系统；

用以将光信号转化为电信号并提取其中特定频率分量的一信号采集处理系统。

进一步地，所述光泵浦系统包括在激光光路上依次布置的一偏振片、一二分之一波片、一偏振分光棱镜、一对第一四分之一波片及一平面反射镜。

进一步地，所述原子磁共振系统包括一磁屏蔽桶以及置于所述磁屏蔽桶内的一原子气室、一对亥姆霍兹线圈、一对外磁场线圈。

进一步地，所述外磁场线圈用以产生与入射光平行的一外磁场，所述亥姆霍兹线圈用以产生一与所述外磁场垂直的一交变磁场。

进一步地，所述信号采集处理系统包括：一对光电探测器、一锁相放大器、一比例积分微分电路，所述比例积分微分电路用以反馈控制所述激光发生装置发出的激光的频率。

本发明的另一目的在于提供一种一种激光稳频方法，包括以下步骤：

1)从一激光发生装置发出的激光经过一光泵浦系统转换为一左旋圆偏振光及一右旋圆偏振光；

2)所述左旋圆偏振光及右旋圆偏振光入射两套原子磁共振系统，所述原子磁共振系统具有与入射光平行的一外磁场及与所述外磁场垂直的一交变磁场；

3)所述左旋圆偏振光及右旋圆偏振光经过两套原子磁共振系统后分别由两光电探测器探测，并锁定所述交变磁场的共振频率；

4)根据所述共振频率进行计算得到一误差信号；

5)根据所述误差信号对所述激光发生装置进行反馈控制，从而稳定所述激光发生装置发出的激光的频率。

进一步地，步骤1)中所述激光经过一光泵浦系统转换为一左旋圆偏振光及一右旋圆偏振光包括：所述激光经过一偏振片转换为一线偏振光，再通过一二分之一波片调整所述线偏振光的偏振方向，再经过一偏振分光棱镜将所述线偏振光分成两路互相垂直的线偏振光，再利用反射镜将所述两路互相垂直的线偏振光为两路互相平行的线偏振光，再通过一对四分之一波片分别将所述两路互相平行的线偏振光调节为一左旋圆偏振光及一右旋圆偏振光。

进一步地，步骤2)中所述外磁场通过一对外磁场线圈产生，所述交变磁场通过一对亥姆霍兹线圈产生。

进一步地，步骤4)中根据所述共振频率进行计算得到误差信号包括；根据所述共振频率计算出两套原子磁共振系统的两个外磁场值，再两个外磁场值差分后作为误差信号。

进一步地，步骤5)中根据所述误差信号对所述激光发生装置进行反馈控制包括：将所述误差信号进行比例积分微分运算处理后，输送至激光发生装置，反馈控制激光器发生装置的频率。

本发明的工作原理：

本发明的方法及装置利用了AC stark效应(又称光频移效应)对磁光双共振效应的影响，当激光频率发生变化时，稳频系统产生的误差信号反馈激光器，依此稳定激光频率。下面分别介绍两种效应。