[发明专利]基于12程声光移频技术的多频激光光源系统

说明书

本发明公开了一种基于12程声光移频技术的多频激光光源系统，涉及激光的声光移频领域。本系统主要是：从左至右，第1偏振分光棱镜、法拉第旋光器、二分之一波片、第2偏振分光棱镜、第1凸透镜、中心带孔外直角反射镜、第2凸透镜、声光调制器、第3凸透镜、第3偏振分光棱镜依次排列和连通，构成主线；单模保偏光纤、光纤耦合镜和第1偏振分光棱镜依次连通；第1反射镜和第2偏振分光棱镜连通；第4偏振分光棱镜置于第1凸透镜的左下侧；射频驱动源和声光调制器连通。本发明以很低的成本实现了声光调制技术在移频范围、衍射效率和损伤阈值、激光利用率等综合性能的巨大飞越，具有很大的应用前景，将有利推动冷原子物理实验技术的发展。

技术领域

本发明涉及激光的声光移频领域，尤其涉及一种基于12程声光移频技术的多频激光光源系统；具体地说，是一种用于激光冷却原子、可产生0-12倍声光移频激光，且每个激光可独立分离的12程声光移频激光光源系统。

背景技术

激光冷却原子是当前原子物理研究的热门领域，在制备冷原子的过程中，往往需要多个频率的激光。以碱金属原子为例(如锂、钠、钾、铷、铯等原子)，实现原子的冷却与囚禁需要制备出冷却和回泵激光，而这两个激光的频率差往往在近GHz量级(如锂7原子为804MHz、钠23原子为1.772GHz、钾40原子为1.286GHz、铷85原子为3.036GHz、铷87原子为6.835GHz、铯原子为9.192GHz)。近年来，随着基于原子体系精密测量领域的发展，人们对于当前已经比较成熟的原子精密测量系统，如原子钟和原子干涉仪的长期工作的稳定性和可靠性提出了越来越高的要求，参考文献(Measurement of Local Gravity via a ColdAtom Interferometer，L.Zhou等,Chin.Phys.Lett.第28卷,013701页，2011年)。以原子干涉仪的等效原理检验实验为例(Test of Equivalence Principle at 10^-8 Level by aDual-Species Double-Diffraction Raman Atom Interferometer，L.Zhou等,Phys.Rev.Lett.115,013004(2015))，实验中需要同时制备出⁸⁵Rb和⁸⁷Rb两种不同组分原子，这需要4个不同频率的种子激光，并分别放大，才能得到相应所需要的激光。传统上，人们往往采用四个激光器锁频的方案分别实现冷却和回泵激光，并进行放大。然后，这些激光器任何一台激光器频率脱锁，都意味着整个实验系统工作中止，因此，采用的锁频种子激光器越多，这种风险系数就越大。另外，由于激光频率锁定容易受到环境影响而产生频率漂移，种子激光器越多，各种随机漂移对系统的稳定性影响越大。因此，为了降低这类影响，往往需要采用更好的激光器、更优异的激光锁频系统，提高环境稳定性，而这意味着系统成本和技术难度将大幅度攀升；或者，采用光纤相位调制器的方案，但这必需付出激光利用效率低、频谱不纯净、边带之间容易竞争等问题；再或者采用高频声光调制器，这将面临衍射效率极低、损伤阈值低、价格高昂等问题。因此，发展一种频率控制精准、频谱纯净、激光利用效率高、且经济的方法，对当前原子体系的精密测量有着非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的就在于针对当前冷原子研究领域中，采用独立激光器稳定性、可升级性差、成本高等问题；采用高调制频率声光调制器方案时衍射效率和损伤阈值低、成本高等问题；采用电光调制器激光利用效率低、频谱不纯净、边带之间容易竞争等问题。提供一种基于12程声光移频技术的多频激光光源系统，仅使用一个声光调制器，便能实现0-12程共计13个频率激光的分别利用，最大频率范围可达5GHz，从而实现对激光频率控制精准、频谱纯净、激光利用效率高、经济可行的方法。

本发明的目的是这样实现的：

本系统包括单模保偏光纤，激光准直器2，第1、2、3、4偏振分光棱镜，法拉第旋光器，二分之一波片，第1、2、3凸透镜，声光调制器7，射频驱动源，四分之一波片，外直角反射镜、中心带孔外直角反射镜，第1、2反射镜；

其位置和连通关系是：