[发明专利]一种原子-腔耦合产生高阶横模的方法及装置

权利要求书

1.一种原子-腔耦合产生高阶横模的方法，其特征在于：在由内充碱金属原子介质的原子汽室和驻波腔耦合的系统中，当频率、偏振和强度相同的一对强的相干耦合场对射穿过原子汽室内的碱金属原子介质时，形成驻波耦合场；再以一束弱的探针场以基模高斯光束耦合进驻波腔中并共振输出，共振输出的场称为腔模场，输出模式是基模高斯光；在耦合场频率相对原子共振中心满足一定失谐时，处于驻波耦合场中的原子汽室内碱金属原子介质对弱的腔模场的折射率产生周期性的调制，从而可诱发不同高阶横模在腔内振荡，通过调节驻波腔的腔长，可选择所需要的高阶横模输出。

2.如权利要求1所述的一种原子-腔耦合产生高阶横模的方法，其特征在于：在驻波腔腔长不变条件下，通过改变腔内原子汽室的温度或耦合场的频率失谐，可以改变腔内碱金属原子介质对腔模的折射率大小，从而实现高阶横模的模式改变。

3.如权利要求1或2所述的一种原子-腔耦合产生高阶横模的方法，其特征在于：所述碱金属原子为铯原子。

4.一种原子-腔耦合产生高阶横模的装置，用于实现如权利要求1所述的方法，其特征在于：包括高阶横模激光产生系统；所述高阶横模激光产生系统包括第一半导体激光器（1）以及顺次位于第一半导体激光器（1）出射光路上的第一光隔离器（2）、第一半波片（3）、第一偏振分光棱镜（4）；第一偏振分光棱镜（4）的透射光路上顺次设有第二半波片（6）和第二偏振分光棱镜（7）；第二偏振分光棱镜（7）的透射光路上顺次设有凸透镜（8）以及原子-腔耦合系统；所述原子-腔耦合系统包括由顺次位于凸透镜（8）的透射光路上的第一平凹腔镜（9）和第二平凹腔镜（17）组成且配有腔长调节装置的近共心驻波腔；第一平凹腔镜（9）和第二平凹腔镜（17）之间顺次设有第三偏振分光棱镜（10）、内充碱金属原子介质的原子汽室（12）和第四偏振分光棱镜（15）；第一偏振分光棱镜（4）的反射光路上设有第一全反镜（5），第三偏振分光棱镜（10）的反射光路上设有第二全反镜（11），第二全反镜（11）同时位于第一全反镜（5）的反射光路上；第四偏振分光棱镜（15）的反射光路上设有第三全反镜（16）；经过第一偏振分光棱镜（4）反射的激光经过第一全反镜（5）、第二全反镜（11）以及第三偏振分光棱镜（10）的反射后作为第一束耦合场进入原子汽室（12）；同时该第一束耦合场穿过原子汽室（12）后经第四偏振分光棱镜（15）及第三全反镜（16）反射并按原路返回后作为第二束耦合场入射至原子汽室（12）且与第一束耦合场反向共线重合，在原子汽室（12）内形成驻波耦合场；由第二偏振分光棱镜（7）透射的激光作为探针场，以水平偏振通过凸透镜（8），匹配到原子-腔耦合系统中共振输出。

5.如权利要求4所述的一种原子-腔耦合产生高阶横模的装置，其特征在于：还包括高阶横模频率监视系统；所述高阶横模频率监视系统包括第二半导体激光器（24）、顺次位于第二半导体激光器（1）出射光路上的第二光隔离器（25）、第三半波片（26）、第五偏振分光棱镜（27）；第五偏振分光棱镜（27）的透射光路上顺次设有第四半波片（30）和电磁诱导透明装置（31）；第五偏振分光棱镜（27）的反射光路上设有饱和吸收谱装置（28）；电磁诱导透明装置（31）同时位于第二偏振分光棱镜（7）的反射光路上；饱和吸收谱装置（28）的信号输出端连接有第一探测器（29）；电磁诱导透明装置（31）的信号输出端连接有第二探测器（32）；第一探测器（29）和第二探测器（32）的信号输出端共同连接有第一示波器（33）；

近共心驻波腔的出射光路上设有反射率1%反射镜（21），反射率1%反射镜（21）的透射光路上设有第三探测器（23），反射率1%反射镜（21）的反射光路上设有CCD摄像机（22），第三探测器（23）的信号输出端连接有第二示波器（34）。

6.如权利要求5所述的一种原子-腔耦合产生高阶横模的装置，其特征在于：原子汽室（12）配有对其调节温度的加热带（13），加热带（13）配有控制和显示原子汽室（12）温度的控温仪（14）；所述近共心驻波腔的腔长调节装置包括与第二平凹腔镜（17）相连接的压电陶瓷（18），压电陶瓷（18）连接有高压放大器（19）；还包括与高压放大器（19）相连接的信号发生器（20），信号发生器（20）的一个信号输出端与高压放大器（19）连接，信号发生器（20）的另一个信号输出端与第二示波器（34）相连接。