[发明专利]通用型集成化全光纤光学控制系统

说明书

一种通用型集成化全光纤光学控制系统，包括：参考光激光器、冷却光激光器、探测光激光器、激光合束模块、激光分束模块、频率控制模块、光开关模块、功率稳定模块。激光器均以光纤方式输出满足要求的单频激光；激光合束模块将不同频率的光整合到同一根光纤中；激光分束模块将激光功率按照所需要的配比输出至不同的光纤；频率控制模块再次调控激光的频率和功率；光开关模块实现满足要求的光开关控制；功率稳定模块实时调整输出功率与参考功率保持一致。本发明全部基于光纤器件实现多路激光的时序控制，并且具有小型化、易于集成、易于运输、性能稳定的特点，特别适用于基于地面实验室或者特殊环境(空间站、船载、星载)下开展的冷原子实验。

技术领域

本发明属于激光冷却原子技术领域，具体涉及一种通用型集成化全光纤光学控制系统。

背景技术

随着近几十年磁光阱、偏振梯度冷却、蒸发冷却、两级交叉冷却、Delta-kickcooling等新型激光冷却原子手段的发展，我们可以将原子的温度从室温降低到pK量级。在蒸发冷却的过程中原子的温度不断降低，当原子样品温度小于阈值后原子样品进入量子简并状态，最终通过量子力学来描述原子的状态。进入简并区域后，玻色子遵循玻色-爱因斯坦统计规律，所有的原子占据同一个量子态并用同一个波函数来描述所有的原子；费米子服从费米-狄拉克统计规律，不可能有两个相同的原子处于同一个量子态。以玻色子和费米子为基础的量子简并气体实验平台为研究多体相互作用、量子模拟、量子精密测量、Feshbach共振调节提供了更广阔的平台。

从室温环境下捕获并冷却原子以及探测原子需要同时对多束多种频率的激光进行合束、分束、功率控制和频率调节，通常的实验室会采用固定在光学平台上的一系列自由空间光学元件对多种频率的多束激光同时进行合束、分束、功率控制和频率调节。固定在光学平台上的自由空间的光学方案对光学平台本身以及光学元件的稳定性提出了更高的要求，不稳定的光路系统需要定期维护；该方案需要一块较大的区域来放置并固定所有的光学元件；该自由空间光学系统不方便搬运；优化自由空间光学元件搭建的光路比较繁琐。随着近年来激光冷却原子技术在特殊环境下的应用，发展一种集成度高、性能稳定、便于搬运的光学系统将极大地拓展冷原子技术的研究领域和应用价值。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种适用于基于地面实验室或者特殊环境(空间站、船载、星载)开展冷原子实验的全光纤光学系统。该系统满足操控原子过程中对于多束多频激光分束、合束、功率调节、频率调节、开关控制的要求，该控制系统全部基于光纤器件实现，并且具有小型化，易于集成、易于运输、性能稳定的特点。

(二)技术方案

本发明提供了一种适用于冷原子领域的全光纤光学控制系统，包括：参考光激光器、冷却光激光器、探测光激光器、激光合束模块、激光分束模块、频率控制模块、光开关模块、功率稳定模块。

参考光激光器，为激光频率锁定在选用原子指定跃迁能级上的稳频激光器；激光器为光纤输出方式；该激光器的光信号经过一个频率调制模块后输出光信号的频率与实验所需要的重泵光的频率一致。

冷却光激光器，可以通过锁相环模块将激光器频率锁定到参考光激光器上的稳频激光器；该激光器输出光信号的频率与实验需要的冷却光的频率一致；该激光器可以通过锁相环模块相对于参考光激光器进行移频使得激光器输出的频率满足操控选用原子的时序要求；该激光器为光纤输出方式；

探测光激光器，可以通过锁相环模块将激光器频率锁定到参考光激光器上的稳频激光器；该激光器可以通过锁相环模块相对于参考光激光器进行移频使得激光器输出的频率满足操控选用原子的时序要求；该激光器输出光信号经过一个频率调制模块后输出光信号的频率与实验所需要的探测光的频率一致；探测光激光器为光纤输出方式；

所述的光纤输出方式可以是光纤输出，也可以是自由空间光束耦合进光纤，最终从光纤中输出。