CN109374554B - 一种激光频率扫描装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光频率扫描技术，具体是一种激光频率扫描装置及方法。本发明解决了现有激光频率扫描技术导致扫频后的探测激光的频率发生大幅偏移进而原理共振的问题。一种激光频率扫描装置，包括光纤准直器、第一声光调制器、凸透镜、第二声光调制器、雪崩光电探测器、第一压控振荡器、第二压控振荡器、第一光束收集池、第二光束收集池、示波器；其中，光纤准直器的出射端与第一声光调制器的入射端正对；第一声光调制器的出射端与第二声光调制器的入射端之间设有焦距为100mm的凸透镜；第一声光调制器、第二声光调制器均位于凸透镜的二倍焦距处；第二声光调制器的出射端与雪崩光电探测器的入射端正对。本发明适用于激光频率扫描。

Description

一种激光频率扫描装置及方法
技术领域
本发明涉及激光频率扫描技术，具体是一种激光频率扫描装置及方法。
背景技术
超冷原子样品广泛应用于精密测量、超冷化学、量子气体、超冷分子、量子信息、原子钟等领域。磁光阱是目前制备超冷原子样品最为成熟的技术之一。通过探测磁光阱中超冷原子样品的数量和密度，可以实现磁光阱的参数测量及优化。在探测磁光阱中超冷原子样品的数量和密度时，要求在扫描探测激光的频率的同时不能改变探测激光的指向。为了满足上述要求，目前普遍采用双次通过声光调制器的方法来扫描探测激光的频率。然而实践表明，双次通过声光调制器的方法由于自身原理所限，会导致扫频后的探测激光的频率发生大幅偏移进而原理共振，由此带来如下问题：倘若探测激光的频率锁定在原子共振频率附近，则该方法会导致扫频后的探测激光的频率偏出原子共振频率很远，由此导致探测激光的频率变化范围无法覆盖原子共振跃迁的频率，从而导致探测无法顺利进行。基于此，有必要发明一种全新的激光频率扫描装置及方法，以解决现有激光频率扫描技术导致扫频后的探测激光的频率发生大幅偏移进而原理共振的问题。
发明内容
本发明为了解决现有激光频率扫描技术导致扫频后的探测激光的频率发生大幅偏移进而原理共振的问题，提供了一种激光频率扫描装置及方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种激光频率扫描装置，包括光纤准直器、第一声光调制器、凸透镜、第二声光调制器、雪崩光电探测器、第一压控振荡器、第二压控振荡器、第一光束收集池、第二光束收集池、示波器；
其中，光纤准直器的出射端与第一声光调制器的入射端正对；第一声光调制器的出射端与第二声光调制器的入射端之间设有焦距为100mm的凸透镜；第一声光调制器、第二声光调制器均位于凸透镜的二倍焦距处；第二声光调制器的出射端与雪崩光电探测器的入射端正对；雪崩光电探测器的输出端与示波器的输入端连接；第一压控振荡器的输出端与第一声光调制器的调制端连接；第二压控振荡器的输出端与第二声光调制器的调制端连接；第一光束收集池位于第一声光调制器与凸透镜之间，且第一光束收集池与第一声光调制器的出射端正对；第二光束收集池位于第二声光调制器与雪崩光电探测器之间，且第二光束收集池与第二声光调制器的出射端斜对。
一种激光频率扫描方法（该方法是基于本发明所述的一种激光频率扫描装置实现的），该方法是采用如下步骤实现的：
步骤a：在真空度为2.1×10-9Pa的真空腔中装载磁光阱，在磁光阱里获得超冷钠原子样品，超冷钠原子样品在真空腔中形成球形原子云；
步骤b：来自光纤的波段为589nm的探测激光经光纤准直器准直后入射到第一声光调制器，并经第一声光调制器扫频后形成偏频200+σMHz的正一级衍射激光；正一级衍射激光经凸透镜折射后入射到第二声光调制器，并经第二声光调制器扫频后形成偏频-200+σMHz的负一级衍射激光；负一级衍射激光直射真空腔中的球形原子云，并经球形原子云吸收后入射到雪崩光电探测器，然后经雪崩光电探测器转换为电信号；电信号传输至示波器，并经示波器转换为原子吸收谱线；
步骤c：通过观察和分析原子吸收谱线，计算出超冷钠原子样品的数量和密度，由此实现磁光阱的参数测量及优化。
与现有激光频率扫描技术相比，本发明所述的一种激光频率扫描装置及方法通过采用全新原理，保证了扫频后的探测激光的频率和指向均不发生偏移，由此具备了如下优点：倘若探测激光的频率锁定在原子共振频率附近，则扫频后的探测激光的频率也在原子共振频率附近，由此保证了探测激光的频率变化范围能够覆盖原子共振跃迁的频率，从而保证了探测的顺利进行。
本发明有效解决了现有激光频率扫描技术导致扫频后的探测激光的频率发生大幅偏移进而原理共振的问题，适用于激光频率扫描。
附图说明
图1是本发明中一种激光频率扫描装置的结构示意图。
图中：1-光纤准直器，2-第一声光调制器，3-凸透镜，4-第二声光调制器，5-雪崩光电探测器，6-第一压控振荡器，7-第二压控振荡器，8-第一光束收集池，9-第二光束收集池，10-光纤。
具体实施方式
一种激光频率扫描装置，包括光纤准直器1、第一声光调制器2、凸透镜3、第二声光调制器4、雪崩光电探测器5、第一压控振荡器6、第二压控振荡器7、第一光束收集池8、第二光束收集池9、示波器；
其中，光纤准直器1的出射端与第一声光调制器2的入射端正对；第一声光调制器2的出射端与第二声光调制器4的入射端之间设有焦距为100mm的凸透镜3；第一声光调制器2、第二声光调制器4均位于凸透镜3的二倍焦距处；第二声光调制器4的出射端与雪崩光电探测器5的入射端正对；雪崩光电探测器5的输出端与示波器的输入端连接；第一压控振荡器6的输出端与第一声光调制器2的调制端连接；第二压控振荡器7的输出端与第二声光调制器4的调制端连接；第一光束收集池8位于第一声光调制器2与凸透镜3之间，且第一光束收集池8与第一声光调制器2的出射端正对；第二光束收集池9位于第二声光调制器4与雪崩光电探测器5之间，且第二光束收集池9与第二声光调制器4的出射端斜对。
一种激光频率扫描方法（该方法是基于本发明所述的一种激光频率扫描装置实现的），该方法是采用如下步骤实现的：
步骤a：在真空度为2.1×10-9Pa的真空腔中装载磁光阱，在磁光阱里获得超冷钠原子样品，超冷钠原子样品在真空腔中形成球形原子云；
步骤b：来自光纤10的波段为589nm的探测激光经光纤准直器1准直后入射到第一声光调制器2，并经第一声光调制器2扫频后形成偏频200+σMHz的正一级衍射激光；正一级衍射激光经凸透镜3折射后入射到第二声光调制器4，并经第二声光调制器4扫频后形成偏频-200+σMHz的负一级衍射激光；负一级衍射激光直射真空腔中的球形原子云，并经球形原子云吸收后入射到雪崩光电探测器5，然后经雪崩光电探测器5转换为电信号；电信号传输至示波器，并经示波器转换为原子吸收谱线；
步骤c：通过观察和分析原子吸收谱线，计算出超冷钠原子样品的数量和密度，由此实现磁光阱的参数测量及优化。
所述步骤b中，通过实时调节第一压控振荡器6的射频频率和第二压控振荡器7的射频频率，即可实时改变σ的值。

Claims (3)

1.一种激光频率扫描装置，其特征在于：包括光纤准直器（1）、第一声光调制器（2）、凸透镜（3）、第二声光调制器（4）、雪崩光电探测器（5）、第一压控振荡器（6）、第二压控振荡器（7）、第一光束收集池（8）、第二光束收集池（9）、示波器；
其中，光纤准直器（1）的出射端与第一声光调制器（2）的入射端正对；第一声光调制器（2）的出射端与第二声光调制器（4）的入射端之间设有焦距为100mm的凸透镜（3）；第一声光调制器（2）、第二声光调制器（4）均位于凸透镜（3）的二倍焦距处；第二声光调制器（4）的出射端与雪崩光电探测器（5）的入射端正对；雪崩光电探测器（5）的输出端与示波器的输入端连接；第一压控振荡器（6）的输出端与第一声光调制器（2）的调制端连接；第二压控振荡器（7）的输出端与第二声光调制器（4）的调制端连接；第一光束收集池（8）位于第一声光调制器（2）与凸透镜（3）之间，且第一光束收集池（8）与第一声光调制器（2）的出射端正对；第二光束收集池（9）位于第二声光调制器（4）与雪崩光电探测器（5）之间，且第二光束收集池（9）与第二声光调制器（4）的出射端斜对。
2.一种激光频率扫描方法，该方法是基于如权利要求1所述的一种激光频率扫描装置实现的，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
步骤a：在真空度为2.1×10-9Pa的真空腔中装载磁光阱，在磁光阱里获得超冷钠原子样品，超冷钠原子样品在真空腔中形成球形原子云；
步骤b：来自光纤（10）的波段为589nm的探测激光经光纤准直器（1）准直后入射到第一声光调制器（2），并经第一声光调制器（2）扫频后形成偏频200+σMHz的正一级衍射激光；正一级衍射激光经凸透镜（3）折射后入射到第二声光调制器（4），并经第二声光调制器（4）扫频后形成偏频-200+σMHz的负一级衍射激光；负一级衍射激光直射真空腔中的球形原子云，并经球形原子云吸收后入射到雪崩光电探测器（5），然后经雪崩光电探测器（5）转换为电信号；电信号传输至示波器，并经示波器转换为原子吸收谱线；
步骤c：通过观察和分析原子吸收谱线，计算出超冷钠原子样品的数量和密度，由此实现磁光阱的参数测量及优化。
3.根据权利要求2所述的一种激光频率扫描方法，其特征在于：所述步骤b中，通过实时调节第一压控振荡器（6）的射频频率和第二压控振荡器（7）的射频频率，即可实时改变σ的值。
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