本發(fā)明涉及量子精密測量，尤其涉及一種用于原子束光鐘的窄線寬探測激光產(chǎn)生裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、鈣原子束光鐘一般包括熱原子束系統(tǒng)、轉(zhuǎn)移探測激光產(chǎn)生系統(tǒng)和鐘頻探測激光產(chǎn)生系統(tǒng)。鈣原子束1s0-3p1能態(tài)譜線躍遷要求鐘頻探測激光的線寬小于20hz，如圖1所述，當前探測激光產(chǎn)生系統(tǒng)一般采用兩套超穩(wěn)法布里-珀羅(f-p)腔分別實現(xiàn)轉(zhuǎn)移探測激光和鐘頻探測激光的線寬壓窄和頻率穩(wěn)定度提升，而超穩(wěn)f-p腔需依靠復(fù)雜的真空系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)以及主動隔震系統(tǒng)等來保證參考腔長的穩(wěn)定性，體積、重量和功耗都較大，且對搬運過程中的沖擊損傷及其敏感，導(dǎo)致鈣原子束光鐘的可搬運性較差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種用于原子束光鐘的窄線寬探測激光產(chǎn)生裝置及方法，用以解決現(xiàn)有探測激光產(chǎn)生系統(tǒng)由于體積、重量和功耗較大以及對沖擊損傷敏感而導(dǎo)致鈣原子束光鐘可搬運性較差的問題。

2、一方面，本發(fā)明提供一種用于原子束光鐘的窄線寬探測激光產(chǎn)生裝置，包括基于微腔參考的窄線寬激光器、摻鐿光學(xué)頻率梳激光器、第一拍頻裝置、第一伺服裝置、分光器、轉(zhuǎn)移探測基頻激光器、第二拍頻裝置、第二伺服裝置、轉(zhuǎn)移探測激光二倍頻模塊、鐘頻探測基頻激光器、第三拍頻裝置、第三伺服裝置和鐘頻探測激光二倍頻模塊，其中：

3、所述基于微腔參考的窄線寬激光器用于輸出窄線寬激光；

4、所述摻鐿光學(xué)頻率梳激光器用于輸出第一光學(xué)頻率梳并根據(jù)第一控制信號輸出第二光學(xué)頻率梳，第一控制信號通過先將所述窄線寬激光和第一光學(xué)頻率梳輸入所述第一拍頻裝置產(chǎn)生第一誤差信號，再將第一誤差信號輸入所述第一伺服裝置得到，第一光學(xué)頻率梳和第二光學(xué)頻率梳的光譜覆蓋所述窄線寬激光、第一轉(zhuǎn)移探測激光和第一鐘頻探測激光的波長；

5、所述分光器用于將所述第二光學(xué)頻率梳分為第三光學(xué)頻率梳和第四光學(xué)頻率梳；

6、所述轉(zhuǎn)移探測基頻激光器用于輸出所述第一轉(zhuǎn)移探測激光并根據(jù)第二控制信號輸出第二轉(zhuǎn)移探測激光，第二控制信號通過先將第一轉(zhuǎn)移探測激光和所述第三光學(xué)頻率梳輸入所述第二拍頻裝置產(chǎn)生第二誤差信號，再將第二誤差信號輸入所述第二伺服裝置得到；

7、所述轉(zhuǎn)移探測激光二倍頻模塊用于對所述第二轉(zhuǎn)移探測激光進行倍頻得到第三轉(zhuǎn)移探測激光；

8、所述鐘頻探測基頻激光器用于輸出第一鐘頻探測激光并根據(jù)第三控制信號輸出第二鐘頻探測激光，第三控制信號通過先將第一鐘頻探測激光和所述第四光學(xué)頻率梳輸入所述第三拍頻裝置產(chǎn)生第三誤差信號，再將第三誤差信號輸入所述第三伺服裝置得到；

9、所述鐘頻探測激光二倍頻模塊用于對所述第二鐘頻探測激光進行倍頻得到第三鐘頻探測激光。

10、可選的，所述基于微腔參考的窄線寬激光器包括激光器和高q值微腔。

11、可選的，所述激光器為半導(dǎo)體激光器或光纖激光器。

12、可選的，所述高q值微腔為氟化鎂高q值微腔。

13、可選的，所述窄線寬激光的波長為1030nm。

14、可選的，所述第一轉(zhuǎn)移探測激光的波長為846nm或862nm。

15、可選的，所述第一鐘頻探測激光的波長為1314nm。

16、可選的，所述第一拍頻裝置、所述第二拍頻裝置和所述第三拍頻裝置都包括合束鏡、半波片、聚焦鏡和光電探測器。

17、可選的，所述第一伺服裝置、所述第二伺服裝置和所述第三伺服裝置都包括微波參考、混頻器和伺服單元。

18、另一方面，本發(fā)明提供一種用于原子束光鐘的窄線寬探測激光產(chǎn)生方法，應(yīng)用于上述任一裝置，包括：

19、基于微腔參考的窄線寬激光器輸出窄線寬激光；

20、摻鐿光學(xué)頻率梳激光器輸出第一光學(xué)頻率梳并根據(jù)第一控制信號輸出第二光學(xué)頻率梳，第一控制信號通過先將所述窄線寬激光和第一光學(xué)頻率梳輸入所述第一拍頻裝置產(chǎn)生第一誤差信號，再將第一誤差信號輸入所述第一伺服裝置得到，第一光學(xué)頻率梳和第二光學(xué)頻率梳的光譜覆蓋所述窄線寬激光、第一轉(zhuǎn)移探測激光和第一鐘頻探測激光的波長；

21、分光器將所述第二光學(xué)頻率梳分為第三光學(xué)頻率梳和第四光學(xué)頻率梳；

22、轉(zhuǎn)移探測基頻激光器輸出所述第一轉(zhuǎn)移探測激光并根據(jù)第二控制信號輸出第二轉(zhuǎn)移探測激光，第二控制信號通過先將第一轉(zhuǎn)移探測激光和所述第三光學(xué)頻率梳輸入所述第二拍頻裝置產(chǎn)生第二誤差信號，再將第二誤差信號輸入所述第二伺服裝置得到；

23、轉(zhuǎn)移探測激光二倍頻模塊對所述第二轉(zhuǎn)移探測激光進行倍頻得到第三轉(zhuǎn)移探測激光；

24、鐘頻探測基頻激光器輸出第一鐘頻探測激光并根據(jù)第三控制信號輸出第二鐘頻探測激光，第三控制信號通過先將第一鐘頻探測激光和所述第四光學(xué)頻率梳輸入所述第三拍頻裝置產(chǎn)生第三誤差信號，再將第三誤差信號輸入所述第三伺服裝置得到；

25、鐘頻探測激光二倍頻模塊對所述第二鐘頻探測激光進行倍頻得到第三鐘頻探測激光。

26、本發(fā)明避免了使用兩套復(fù)雜超穩(wěn)f-p腔系統(tǒng)，僅使用一套高q值微腔和摻鐿光學(xué)頻率梳激光器來實現(xiàn)轉(zhuǎn)移探測激光和鐘頻探測激光的線寬壓窄和頻率穩(wěn)定，極大地縮減了原子束光鐘探測激光產(chǎn)生系統(tǒng)的體積、重量和功耗，具有結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定和成本低的特點；同時，高q值微腔對搬運過程中的沖擊損傷并不敏感，為實現(xiàn)可搬運原子束光鐘提供了全新的技術(shù)途徑。

技術(shù)特征：

1.一種用于原子束光鐘的窄線寬探測激光產(chǎn)生裝置，其特征在于，包括基于微腔參考的窄線寬激光器、摻鐿光學(xué)頻率梳激光器、第一拍頻裝置、第一伺服裝置、分光器、轉(zhuǎn)移探測基頻激光器、第二拍頻裝置、第二伺服裝置、轉(zhuǎn)移探測激光二倍頻模塊、鐘頻探測基頻激光器、第三拍頻裝置、第三伺服裝置和鐘頻探測激光二倍頻模塊，其中：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述基于微腔參考的窄線寬激光器包括激光器和高q值微腔。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，所述激光器為半導(dǎo)體激光器或光纖激光器。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，所述高q值微腔為氟化鎂高q值微腔。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述窄線寬激光的波長為1030nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)移探測激光的波長為846nm或862nm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述第一鐘頻探測激光的波長為1314nm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述第一拍頻裝置、所述第二拍頻裝置和所述第三拍頻裝置都包括合束鏡、半波片、聚焦鏡和光電探測器。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述第一伺服裝置、所述第二伺服裝置和所述第三伺服裝置都包括微波參考、混頻器和伺服單元。

10.一種用于原子束光鐘的窄線寬探測激光產(chǎn)生方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1-9任一所述裝置，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種用于原子束光鐘的窄線寬探測激光產(chǎn)生裝置及方法，包括基于微腔參考的窄線寬激光器、摻鐿光學(xué)頻率梳激光器、第一拍頻裝置、第一伺服裝置、分光器、轉(zhuǎn)移探測基頻激光器、第二拍頻裝置、第二伺服裝置、轉(zhuǎn)移探測激光二倍頻模塊、鐘頻探測基頻激光器、第三拍頻裝置、第三伺服裝置和鐘頻探測激光二倍頻模塊。本發(fā)明提供了一種用于原子束光鐘的窄線寬探測激光產(chǎn)生裝置及方法，用以解決現(xiàn)有探測激光產(chǎn)生系統(tǒng)由于體積、重量和功耗較大以及對沖擊損傷敏感而導(dǎo)致鈣原子束光鐘可搬運性較差的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：蘇亞北,薛瀟博,趙環(huán),麻霽陽,陳煜,韓蕾,紀仟仟,孫婧昕,張升康
受保護的技術(shù)使用者：北京無線電計量測試研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24