[实用新型]一种窄线宽光纤激光器及具有该激光器的锶原子光钟

说明书

本实用新型公开了一种窄线宽光纤激光器及具有该激光器的锶原子光钟，窄线宽光纤激光器包括泵浦光和掺杂有源光纤的光纤谐振腔，所述泵浦光一部分经波分复用器一耦合进光纤谐振腔进行泵浦、另一部分与掺杂有源光纤一起经波分复用器二耦合、光纤放大器放大后分成两路光路，其中一路光路经波分复用器三耦合后再经非线性和频器件一进行和频，作为激光器的主输出路；另一路光路经波分复用器四耦合后再经非线性和频器件二进行和频，用于激光锁频。本申请用光纤激光器实现锶原子光钟中所需红光波段窄线宽激光包括679nm、689nm、698nm和707nm等激光的产生，并具有频率调谐功能，可以进行激光锁频，适合锶原子光钟实验需求。

技术领域

本实用新型涉及光学领域，具体涉及一种窄线宽光纤激光器及具有该激光器的锶原子光钟。

背景技术

原子光频标是精密测量领域的研究热点，目前在频率不确定度和稳定度上已超越微波原子频标，有望成为下一代时间频率标准，在光频标领域，锶原子光钟具有重要研究地位，是一种基于光晶格技术的中性原子光钟，是目前稳定度和不确定度最好的光钟之一。锶原子光钟不仅在时间频率计量领域有重要价值，还是开展精密测量研究的最前沿平台。实现可移动光钟、空间光钟是开展精密测量研究重要前提，能极大地扩展精密测量研究领域。光钟要实现可移动化、空间化，就需要系统高度集成并且可以抗振动，能够长时间鲁棒稳定工作。但目前在锶原子光钟大多都还基于实验室平台实现，只有极少数国际领先的锶原子光钟团队实现了锶原子光钟走出实验室。

在锶原子光钟中，需要通过原子激光冷却方法制备超冷原子样品，并装载到光晶格中，对原子进行囚禁束缚，消除原子运动对跃迁谱线导致的多普勒频移和展宽效应，最后用超窄线宽激光进行钟跃迁探询。整个光钟运行过程需要的激光器波长主要集成在可见光波段，每个波长的激光都有特定的线宽、特定的频率值和特定的功率需求。产生可见光波段的短波长激光，目前常用手段是通过半导体激光器方案实现。所以整个锶原子光钟激光系统包含了多台外腔半导体激光器，体积十分庞大并且对振动等环境变化十分敏感，激光器容易跳模造成失锁，难以长时间稳定运行。光纤激光器具有天然的抗振动特性，并且体积容易压缩，如果能用于产生锶原子光钟所需激光，对实现锶原子光钟可移动化、空间化具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种窄线宽光纤激光器及应用，设计一种窄线宽光纤激光器实现包括679nm、707nm、689nm、698nm四个波长的激光，每个波长的激光都是单频窄线宽、频率可调谐，满足实验频率和功率需求，整体具有集成化、抗振动特点，可以实现高精度锶原子光钟的可移动功能。

本实用新型的目的在于提供一种窄线宽光纤激光器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种窄线宽光纤激光器，包括泵浦光和掺杂有源光纤的光纤谐振腔，所述泵浦光一部分经波分复用器一耦合进光纤谐振腔进行泵浦、另一部分与掺杂有源光纤一起经波分复用器二耦合、光纤放大器放大后分成两路光路，其中一路光路经波分复用器三耦合后再经非线性和频器件一进行和频，作为激光器的主输出路；另一路光路经波分复用器四耦合后再经非线性和频器件二进行和频，用于激光锁频。

进一步方案，所述掺杂有源光纤的光纤谐振腔有两个，分别为掺镱光纤的谐振腔和掺铥光纤的谐振腔，所述掺镱光纤的谐振腔、掺铥光纤的谐振腔之一的腔旁安装压电陶瓷用于激光频率调谐；所述泵浦光有两个，分别对应掺镱光纤的谐振腔和掺铥光纤的谐振腔进行设置而形成两条主光路。

更进一步方案，所述两条主光路中任何一个泵浦光与光纤经波分复用器二耦合、光纤放大器放大后，再通过光纤分束器分成高、低功率的两路子光路，其中两个泵浦光中的高功率子光路经波分复用器三耦合成一束，再经非线性和频器件一进行和频，作为激光器的主输出路；两个泵浦光中的低功率子光路经波分复用器四耦合成一束，再经非线性和频器件二进行和频，用于激光锁频。

优选的，所述高功率子光路和低功率子光路之间的功率比为10：1。