發(fā)態(tài)，飛秒激光器的出射光頻率只要滿足將該堿金屬原子由該激發(fā)態(tài)激發(fā)至另一個(gè)更高的激發(fā)態(tài)即可。這樣就可以在熒光收集口獲得用于鎖頻的雙光子光譜。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于雙光子超精細(xì)能級(jí)光譜的激光頻率鎖定裝置，其特征在于:包括半導(dǎo)體激光器(1)、順次位于半導(dǎo)體激光器(I)激光出射光路上的激光隔離器(2)、第一半玻片(3)及第一偏振分束棱鏡(4);沿著第一偏振分束棱鏡(4)激光的透射光路順次設(shè)有第一凸透鏡(6)、第二凸透鏡(7)、第二半波片(8)和第二偏振分束棱鏡(9);第二偏振分束棱鏡(9)的透射光路上依次有第一平凸鏡(10)、凹透鏡(11)及聲光調(diào)制器(12);所述凹透鏡(11)的凹面朝向聲光調(diào)制器(12);聲光調(diào)制器(12)信號(hào)輸入端連接有信號(hào)發(fā)生器(18)，聲光調(diào)制器(12)的出射光路上依次設(shè)有四分之一玻片(13)、第二平凸鏡(14)、遮光片(15);第二平凸鏡(14)的透射光路上還設(shè)有能夠?qū)⒙暪庹{(diào)制器(12)出射的正/負(fù)一級(jí)衍射光反射回聲光調(diào)制器(12)的第一全反射鏡(16);第二偏振分束棱鏡(9)的反射光路上依次設(shè)有第二全反射鏡(19)、第四全反射鏡(36)及第三全反射鏡(35);還包括一個(gè)出射光路與第三全反射鏡(35)的反射光路反向共線的飛秒激光器(20);第三全反射鏡(35)與飛秒激光器(20)之間設(shè)有內(nèi)設(shè)堿金屬原子蒸汽室(22)的金屬磁屏蔽罩(23);金屬磁屏蔽罩(23)的一側(cè)開有激光第一入射口，另一側(cè)開有激光第二入射口 ；第三全反射鏡(35)的反射光與飛秒激光器(20)的出射光分別經(jīng)激光第一、第二入射口進(jìn)入金屬磁屏蔽罩(23)并反向共線作用于堿金屬原子蒸汽室(22);金屬磁屏蔽罩(23)上還開有熒光收集口，熒光收集口外依次設(shè)有第四凸透鏡(24)、窄帶濾光片(25)及光電倍增管(26)，光電倍增管(26)信號(hào)輸出端連接有放大器(29)，放大器(29)信號(hào)輸出端連接有鎖相放大器(31)，鎖相放大器(31)的一個(gè)信號(hào)輸出端連接有示波器(34)，另一個(gè)信號(hào)輸出端與半導(dǎo)體激光器(I)的電流控制端口相連接。2.如權(quán)利要求1所述基于雙光子超精細(xì)能級(jí)光譜的激光頻率鎖定裝置，其特征在于:第三全反射鏡(35)與金屬磁屏蔽罩(23)的激光第一入射口之間設(shè)有第五凸透鏡(27);飛秒激光器(20)與金屬磁屏蔽罩(23)的激光第二入射口之間設(shè)有第三凸透鏡(21);所述堿金屬原子蒸汽室(22)上與連續(xù)激光和飛秒激光兩道入射光對(duì)應(yīng)的兩個(gè)入射窗口均為布儒斯特角入射窗口。3.如權(quán)利要求2所述的基于雙光子躍迀超窄譜線效應(yīng)的激光頻率鎖定裝置，其特征在于:還包括一個(gè)外殼上開有激光出射口(5)的腔體(37);所述半導(dǎo)體激光器(1)、激光隔離器(2)、第一半玻片(3)、第一偏振分束棱鏡(4)、第一凸透鏡(6)、第二凸透鏡(7)、第二半玻片(8)、第二偏振分束棱鏡(9)、第一平凸鏡(10)、凹透鏡(11)、聲光調(diào)制器(12)、四分之一玻片(13)、第二平凸鏡(14)、遮光片(15)、第一全反射鏡(16)、信號(hào)發(fā)生器(18)、第二全反射鏡(19)、第三全反射鏡(35)、第四全反射鏡(36)、第五凸透鏡(27)、金屬磁屏蔽罩(23)、堿金屬原子蒸汽室(22)、第三凸透鏡(21)、飛秒激光器(20)、第四凸透鏡(24)、窄帶濾光片(25)、光電倍增管(26)、放大器(29)、鎖相放大器(31)、示波器(34)均位于腔體內(nèi)(37)，所述第一偏振分束棱鏡(4)的反射光路經(jīng)腔體(37)的激光出射口(5)出射。4.如權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的基于雙光子躍迀超窄譜線效應(yīng)的激光頻率鎖定裝置，其特征在于:所述聲光調(diào)制器(12)通過第一 BNC線(17)連接于信號(hào)發(fā)生器(18);所述光電倍增管(26)通過第二BNC線(28)連接于放大器(29)，放大器(29)通過第三BNC線(30)連接于鎖相放大器(31)，鎖相放大器(31)通過第四BNC線(32)與第五BNC線(33)分別連接于半導(dǎo)體激光器(I)與示波器(34)。5.如權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的基于雙光子躍迀超窄譜線效應(yīng)的激光頻率鎖定裝置，其特征在于:所述的第一全反射鏡(16)、第二全反射鏡(19)、第三全反射鏡(35)、第四全反射鏡(36)均為鍍高反膜的全反射鏡；所述第一凸透鏡(6)、第二凸透鏡(7)、第三凸透鏡(21)、第四凸透鏡(24)、第五凸透鏡(27)為無鍍膜普通透鏡;所述金屬磁屏蔽罩(23)為三層μ金屬磁屏蔽罩。6.—種基于雙光子超精細(xì)能級(jí)光譜的激光頻率鎖定方法，采用如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，包括如下步驟:(a)半導(dǎo)體激光器(I)輸出的連續(xù)激光經(jīng)過聲光調(diào)制器(12)調(diào)制產(chǎn)生正/負(fù)一級(jí)衍射光，第一全反射鏡(16)將經(jīng)聲光調(diào)制器(12)調(diào)制后出射的正/負(fù)一級(jí)衍射光反射，該反射光再次通過聲光調(diào)制器(12)后又經(jīng)過多個(gè)反射鏡反射并由第五凸透鏡(27)匯聚輸入到堿金屬原子蒸汽室(22)，通過聲光調(diào)制器(12)掃描連續(xù)激光的頻率激發(fā)堿金屬原子由基態(tài)躍迀至某一個(gè)激發(fā)態(tài)；(b)將飛秒激光器(20)發(fā)射的飛秒激光沿著與連續(xù)激光相反的方向經(jīng)過第三凸透鏡(21)匯聚輸入到堿金屬原子蒸汽室(22)，使已經(jīng)躍迀至某一個(gè)激發(fā)態(tài)的堿金屬原子又躍迀至另一個(gè)激發(fā)態(tài)；(c)通過第四凸透鏡(24)匯聚堿金屬原子自發(fā)輻射熒光，通過光電倍增管(26)探測(cè)獲得了堿金屬原子基態(tài)-某一個(gè)激發(fā)態(tài)-另一個(gè)激發(fā)態(tài)躍迀的雙光子光譜；(d)獲得的雙光子光譜經(jīng)過放大器(29)輸入鎖相放大器(31)獲得誤差信號(hào)，誤差信號(hào)輸入到半導(dǎo)體激光器(I)的電流調(diào)制端來穩(wěn)定出射激光的頻率。7.如權(quán)利要求6所述基于雙光子超精細(xì)能級(jí)光譜的激光頻率鎖定方法，其特征在于:所述半導(dǎo)體激光器(I)可采用發(fā)射300nm到1500nm的不同頻率的激光器。8.如權(quán)利要求7所述基于雙光子超精細(xì)能級(jí)光譜的激光頻率鎖定方法，其特征在于:所述堿金屬原子蒸汽室(22)內(nèi)充有銣原子蒸汽;所述半導(dǎo)體激光器(I)發(fā)射780nm的連續(xù)激光；飛秒激光器(20)發(fā)射776nm飛秒激光；銣原子在半導(dǎo)體激光器(I)發(fā)射激光的作用下實(shí)現(xiàn)雙光子躍迀的第一步5S-5P的躍迀，飛秒激光的頻率不變作為栗浦光激發(fā)銣原子雙光子躍迀的第二步5P-?的躍迀。
【專利摘要】本發(fā)明涉及激光頻率的穩(wěn)定技術(shù)，具體是一種基于雙光子超精細(xì)能級(jí)光譜的激光頻率鎖定裝置及方法。本發(fā)明采用飛秒脈沖泵浦與連續(xù)激光相結(jié)合的技術(shù)，由于飛秒脈沖可以近似的看成無線寬的激光，此時(shí)雙子光譜的線寬極大的減小了，獲得了窄線寬的雙光子光譜。利用此窄線寬的雙光子譜線穩(wěn)定激光頻率，可以極大的提高激光頻率的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的魯棒性，并且此方法簡(jiǎn)易適用性極廣，可以穩(wěn)定從300nm到1500nm的眾多不同頻率的激光。通過采用此方法，我們獲得了1秒穩(wěn)定度為10-9，30秒穩(wěn)定度為10-10，300秒穩(wěn)定度為10-11的頻率超穩(wěn)激光。整個(gè)裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、易于調(diào)節(jié)、外界干擾小、穩(wěn)定性強(qiáng)、精確度極高的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H01S5/04, H01S5/068, H01S5/065
【公開號(hào)】CN105514797
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610018081
【發(fā)明人】汪麗蓉, 張一馳, 曹書凱, 范鵬瑞
【申請(qǐng)人】山西大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2016年1月13日