[发明专利]一种基于中空光纤原子气室的小型化集成探头

权利要求书

1.一种基于中空光纤原子气室的小型化集成探头，用于基于里德堡原子的量子射频测量，其特征在于：包括高效传输光纤(1)、偏振分束光纤光栅(2)、半反半透光纤光栅(3)、包含原子气室的中空光纤(4)、全反射光纤光栅(5)；

所述高效传输光纤(1)用于探测光、耦合光的高效传输和偏振分束光纤光栅(2)的耦合输入输出；

所述偏振分束光纤光栅(2)与高效传输光纤(1)连接，分为耦合光偏振分束光纤光栅(21)和探测光偏振分束光纤光栅(22)，所述耦合光偏振分束光纤光栅(21)用于产生特定偏振状态的耦合光，所述探测光偏振分束光纤光栅(22)用于产生特定偏振状态的探测光，所述特定偏振状态的探测光、耦合光可以与包含原子气室的中空光纤(4)中的碱金属原子相互作用；

所述半反半透光纤光栅(3)与偏振分束光纤光栅(2)连接，分为耦合光半反半透光纤光栅(31)和探测光半反半透光纤光栅(32)，所述耦合光半反半透光纤光栅(31)用于实现耦合光的部分反射/透射，增大耦合光在包含原子气室的中空光纤(4)中的有效光程，增强耦合光与碱金属原子的相互作用，所述探测光半反半透光纤光栅(32)用于实现探测光的部分反射/透射，增大探测光在中空原子气室中的有效光程，增强探测光与碱金属原子的相互作用；

所述包含原子气室的中空光纤(4)与半反半透光纤光栅(3)连接，通过在普通光纤上加工出原子气室(41)，原子气室内部装有一定数量的碱金属原子(42)，并通过吸收探测光、耦合光制备出里德堡原子，实现射频场参数的测量；

所述全反射光纤光栅(5)与包含原子气室的中空光纤(4)连接，分为耦合光全反射光纤光栅(51)和探测光全反射光纤光栅(52)，所述耦合光全反射光纤光栅(51)用于实现耦合光的全反射，将耦合光反射回包含原子气室的中空光纤(4)，提高耦合光利用率，所述探测光全反射光纤光栅(52)用于实现探测光的全反射，将探测光反射回中空光纤原子气室，提高探测光利用率；

探测光、耦合光从所述高效传输光纤(1)输入，经过偏振分束光纤光栅(2)、半反半透光纤光栅(3)、包含原子气室的中空光纤(4)、全反射光纤光栅(5)后，原光路返回，再从高效传输光纤(1)输出，通过由全反射光纤光栅(5)、半反半透光纤光栅(3)构成的光学腔，提升激光利用效率，增强激光与原子的相互作用，以有效提高气室中碱金属原子的激发效率。

2.一种根据权利要求1所述基于中空光纤原子气室的小型化集成探头，用于基于里德堡原子的量子射频测量，其特征在于：所述碱金属原子为铯原子或铷原子。

3.一种根据权利要求1所述基于中空光纤原子气室的小型化集成探头，用于基于里德堡原子的量子射频测量，其特征在于：所述偏振分束光纤光栅(2)、半反半透光纤光栅(3)、包含原子气室的中空光纤(4)、全反射光纤光栅(5)均可集成在一根普通光纤上。

4.一种根据权利要求3所述基于中空光纤原子气室的小型化集成探头，用于基于里德堡原子的量子射频测量，其特征在于：所述偏振分束光纤光栅(2)、半反半透光纤光栅(3)、全反射光纤光栅(5)均采用直写写入法直接在普通光纤上制备。

5.一种根据权利要求3所述基于中空光纤原子气室的小型化集成探头，用于基于里德堡原子的量子射频测量，其特征在于：所述偏振分束光纤光栅(2)、半反半透光纤光栅(3)、全反射光纤光栅(5)均采用相位掩模法直接在普通光纤上制备。

6.一种根据权利要求3所述基于中空光纤原子气室的小型化集成探头，用于基于里德堡原子的量子射频测量，其特征在于：所述偏振分束光纤光栅(2)、半反半透光纤光栅(3)、全反射光纤光栅(5)均采用聚焦离子束写入法直接在普通光纤上制备。