[发明专利]一种激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置

说明书

本申请公开了一种激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置，所述测定方法包括步骤：将激光光束取样分束；将分束后的两束所述激光光束折返合束，且进行光学干涉；探测两束所述激光光束干涉产生的迈克尔逊干涉条纹；根据所述干涉条纹的峰峰时域差值范围，标定所述激光光束扫描时的频率；其能实现低于30MHz的高精度激光频率调谐范围测量，并且使其可适用的激光波长范围极广，能够实现较大的激光波长调谐范围、更宽调谐带宽、更高的测量精度。

技术领域

本申请涉及激光测量技术领域，涉及一种用于量子场强测量的激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置，尤其涉及一种基于迈克尔逊双光束激光干涉方法实现的扫频激光频率标定方案。

背景技术

里德堡原子具有较大的电偶极矩，可以作为电磁场的传感器。而且原子处于里德堡态与临近的能级的频差可以在百兆～几赫兹的宽范围，因此可用于实现微波场的探测。基于量子场强的电磁感应透明Aut1er—Townes分裂光谱可以实现高准确度，高灵敏度的、零链溯源的微波场计量校准。但是需要将耦合激光或者探测激光频率扫描范围进行准确测定。目前可用的方案包括基于理论计算的里德堡态D态分裂的两个峰值间距标定、基于外部电光调制的方式实现激光光谱的正负边带和主峰的三点标定，或者基于高精细度光学谐振腔的谐振峰。但是前两种方案具有标定峰的个数有限，难以对大范围的扫描非线性有效控制，而且光谱方案的峰值强度有较大差异，峰值位置定位准确性差，影响标定的准确性。基于光学谐振腔的透射峰方案一般自由光谱区间在百兆～十吉赫兹区间，难以实现MHz量级精度的特征频率测量。

发明内容

本申请提出一种激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置，使其克服现有技术所存在的上述缺陷，通过集成度高的全光纤模式，实现低于30MHz的高精度激光频率调谐范围测量，并且使其可适用的激光波长范围大。

本申请一方面提供一种激光光谱频率分裂间隔测定方法，包括以下步骤：

将激光光束取样分束；

将分束后的两束所述激光光束反向原路返回，将其中一束所述激光光束进行延时，然后将延时后的所述激光光束与另一束所述激光光束合束进行光学干涉；

探测两束所述激光光束干涉产生的迈克尔逊干涉条纹，根据所述干涉条纹的峰峰时域差值范围，标定所述激光光束频率扫描时的瞬时频率。

具体地，激光光束防反射时，通过光纤隔离器，防止后续链路器件连接中，反向激光进入到所述被测激光器中。

具体地，通过所述光纤隔离器隔离后方的光路中器件的反射光进入到所述被测激光器中，通过第一光纤分束器将所述被测激光器的功率分为两部分，其中取样的一部分功率用于激光调谐频率范围测量，在时域上结合光谱谱线进行频率标定。

具体地，将所述激光光束取样分束时，通过第一光纤分束器，将取样部分功率用于激光干涉测量激光频率；通过第二光纤分束器，将取样一半的激光功率用于后续双光束干涉，另一半输入至平衡零拍光电探测器。

具体地，将分束后的两束所述激光光束折返合束，且进行光学干涉时，通过光纤环行器、第三光纤分束器、延时光纤、第一光纤法拉第旋光镜和第二光纤法拉第旋光镜实现；激光光束依次经过所述光纤环行器的光纤环行器第一端口、光纤环行器第二端口、第三光纤分束器，之后分成两部分等功率激光，分别经由延时光纤、第一光纤法拉第旋光镜和第二光纤法拉第旋光镜，然后在第一光纤法拉第旋光镜、第二光纤法拉第旋光镜两个旋光镜上反射的激光反向原路返回至所述光纤环行器，从光纤环行器第三端口输出。

具体地，探测两束所述激光光束干涉产生的迈克尔逊干涉条纹时，通过所述平衡零拍探测器和示波器实现；其中平衡零拍探测器的两个光电探头的光电传感器面分别接收来自第二光纤分束器的第二输出臂和光纤环行器第三端口输出的激光，将两路信号在所述平衡零拍探测器上实现差分探测；采用示波器读取平衡零拍探测器输出的电信号，在示波器上得到对应干涉信号的电信号。