[发明专利]一种应用于里德堡原子探测系统的激光稳频方法

说明书

本申请涉及一种应用于里德堡原子探测系统的激光稳频方法。所述方法包括：激光稳频装置包括探测激光稳频单元和耦合激光稳频单元，通过探测激光稳频单元向耦合激光稳频单元输出一路带调制的探测激光和一路调制信号，实现耦合激光稳频单元的稳频。其中，在探测激光稳频单元的饱和吸收光谱中分出一路带调制的探测激光与耦合激光共同作用产生里德堡EIT光谱，同时，饱和吸收光谱信号与里德堡EIT光谱信号通过与信号源产生调制信号混频产生各自的鉴相信号分别用于探测激光器和耦合激光器的频率稳定。本发明在常温下，仅使用一个信号源及激光调制器件即可实现探测激光器和耦合激光器的频率稳定，稳频效果好，且降低了整个稳频系统的成本及复杂度。

技术领域

本申请涉及激光稳频技术领域，特别是涉及一种应用于里德堡原子探测系统的激光稳频方法。

背景技术

里德堡原子是指主量子数n远大于1的高激发态原子，其辐射寿命与n3成正比、电偶极矩与n4成正比、极化率与n7成正比。这些特性使得里德堡原子成为研究量子存储、量子计算、量子精密测量等领域的绝佳物理平台。

三能级阶梯型电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)是应用最为广泛的一种里德堡原子探测手段。一束弱探测光将碱金属原子从基态激发至中间态，同时，一束强耦合光将原子从中间态激发至所需要的里德堡态。将激光频率锁定至相应的原子跃迁能级，对实现里德堡原子精密测量来说至关重要。

现有技术中，激光稳频方法可以分为两类，一类是基于超稳腔的PDH(Pound–Drever–Hall)锁频法；另一类是基于原子跃迁光谱的锁频方法。PDH锁频法不依赖外部频率参考，不需要在激光频率上添加低频扰动，而且此方法的鉴相曲线信噪比很高，并且可以压窄激光线宽。但是，此方法需要极高的机械和温度稳定度，并且需要额外的手段将激光频率移频至原子跃迁处。基于原子跃迁光谱的锁频方法可以将激光频率精确地锁定于原子跃迁频率处，对外部实验环境要求较低，更容易实现激光稳频系统的实用化与小型化。如焦月春等人公开的一种基于里德堡EIT的激光稳频方法(Jiao Y,Li J,Wang L,et al.Laserfrequency locking based on Rydberg electromagnetically induced transparency[J].中国物理B：英文版,2016(5):3.)。此方法通过调制探测激光的压电陶瓷电压来获得鉴相信号，光路简单，但是调制的探测光会展宽激光线宽，影响里德堡原子的测量精度。JiaFengdong等人公开了一种利用塞曼调制的里德堡激光稳频方法(Jia F,Zhang J,Zhang L,et al.Frequency Stabilization Method for Transition to Rydberg State usingZeeman Modulation[J].Applied Optics,2020,59(7).)。此方法利用塞曼效应调制三能级阶梯里德堡EIT能级来锁定探测光及耦合光，但是整个稳频系统需要用到两个磁场线圈分别对探测光及耦合光进行调制，增加了系统的复杂度。上述两种方法均是对探测光和耦合光单独调制，这使得整个稳频系统的成本及复杂度增加，限制了其在实际工程中的应用。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低系统复杂度的应用于里德堡原子探测系统的激光稳频方法和装置。

一种应用于里德堡原子探测系统的激光稳频方法，所述方法包括：

搭建探测激光稳频单元，通过所述探测激光稳频单元实现探测激光的频率稳定；

搭建耦合激光稳频单元；所述耦合激光稳频单元中包括EIT光谱单元和耦合光鉴相反馈单元；

通过所述探测激光稳频单元中的饱和吸收光谱单元输出一路带调制的探测激光，将频率稳定后的所述带调制的探测激光输入所述EIT光谱单元，产生EIT光谱信号；