[发明专利]一种激光频率跳变测量装置

说明书

技术领域

本发明属于激光频率测量领域，更具体地，涉及一种激光频率跳变测量装置。

背景技术

随着原子激光冷却与陷俘技术的出现，基于冷原子干涉技术的精密测量不断发展。由于其具有潜在灵敏度高、具有量子属性等优势，而被广泛地应用于重力、重力梯度、超精细结构、万有引力常数等测量领域。为了让冷原子干涉仪可以更加广泛地运用于各个测量领域，需要更好地实现其小型化与实用化。而冷原子干涉仪的光路简化是其中重要的一部分，因而基于单个激光光源的冷原子干涉仪激光系统也在不断发展(参考文献：1.Ki-Se Lee et al，A Phase-modulated Laser System of Ultra-low Phase Noise for CompactAtom InterferometersJournal of the Korean Physical Society，Vol.67，No.2，July 2015，pp.318～322；2.Qiyu Wang et al，Acompact laser system for the cold atom gravimeter Optics Communications 358(2016)82–87)。冷原子干涉仪的工作过程包括了原子冷却囚禁、上抛选态、干涉及探测等多个过程，在各个不同的过程中都需要不同频率的激光对原子进行操作。单模激光器的频率需要被精确控制与调谐，这就要求对激光器频率跳变速率及其频率跳变量进行准确的测量与控制，来完成干涉测量。

目前，可测量激光频率的仪器主要有波长计、光梳，通过它们可以准确地测量激光频率跳变值。但是波长计的测量精度相对较低，而光梳体积大且造价昂贵，此外，最为关键的是它们的相对响应速度较慢，无法满足原子干涉仪中对于频率跳变测量的响应速度要求，更无法有效地测量激光频率跳变速率。为了精确地测量冷原子干涉仪中激光的频率跳变参数，就需要一种激光频率跳变测量装置来更加快速准确地完成激光跳频参数的测量。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种激光频率跳变测量装置，旨在解决现有的激光频率测量装置中相对响应速度慢，且无法测量激光频率跳变速率的问题。

本发明提供了一种激光频率跳变测量装置，包括：参考激光器、快速光电管、频率调节适配模块、频率电压转化模块和数据采集测量模块；快速光电管的第一输入端连接至参考激光器的输出端，快速光电管的第二输入端用于接收待测激光，频率调节适配模块的输入端连接至快速光电管的输出端，频率电压转化模块的输入端连接至所述频率调节适配模块的输出端，数据采集测量模块的输入端连接至频率电压转化模块的输出端；参考激光器用于输出参考激光；快速光电管用于对所述参考激光和待测激光进行拍频处理后输出射频信号；频率调节适配模块用于将激光拍频所获得的射频信号的频率调节至频率电压转化模块的工作范围内；频率电压转化模块用于将不同频率的输入信号转化为不同的电压值的输出，待测激光信号频率变化将表现为输出电压值的变化；数据采集测量模块用于采集输出电压值的变化，并根据输出电压值的变化获得待测激光信号的跳频速率及其跳变值。

更进一步地，快速光电管输出的射频信号的频率为所述参考激光和待测激光的频率差。

更进一步地，频率调节适配模块包括：第一可调节微波源，第二可调节微波源，第一混频器，第二混频器，第一低通滤波器和第二低通滤波器；第一混频器的第一输入端作为频率调节适配模块的输入端，第一混频器的第二输入端连接第一可调节微波源，第一低通滤波器的输入端连接至第一混频器的输出端，第二混频器的第一输入端连接至第一低通滤波器的输出端，第二混频器的第二输入端连接第二可调节微波源，第二低通滤波器的输入端连接至第二混频器的输出端；第二低通滤波器的输出端作为频率调节适配模块的输出端；第一混频器将快速光电管输出的射频信号和第一可调节微波源产生的信号进行混频处理后输出包含不同频率成分的信号；所述第一滤波器滤波将第一混频器输出的包含不同频率成分的信号中频率较高的成分滤波除后获得所需的低频信号；第二混频器将所述低频的信号和第二可调节微波源产生的信号进行混频处理后输出包含更低频率成分的信号；第二低通滤波器将第二混频器输出的包含更低频率成分的信号进行滤波处理后获得所需的频率在频率电压转化模块的动态范围之内的射频信号。