一种适用于可搬运原子干涉仪的激光系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及到激光频率控制技术领域，具体涉及获得冷原子干涉仪中所需激光频率的一种激光系统。
【背景技术】
[0002]在过去的二十多年里，冷原子干涉仪因其较高的潜在灵敏度而发展成为精密测量领域一个非常有竞争力的测量工具。冷原子干涉仪依赖于激光来冷却和操控原子。原子干涉仪的光路系统要么激光器数目多，系统不稳定、功耗大，要么光路系统中使用的激光移频器件比较多，光路系统体积庞大、光功率损失严重、系统环境抗干扰能力差。传统光路系统中激光器多采用外腔半导体激光器(E⑶L)，抗震动干扰能力差，而且激光器数量一般在三个以上，这样就造成光路系统的稳定性变差。
【发明内容】
[0003]本实用新型的发明目的是提供一种适用于可搬运原子干涉仪的激光系统，该激光系统结构紧凑、稳定性好、光功率损失小、激光频率灵活调节。
[0004]本实用新型的具体技术方案是一种适用于可搬运原子干涉仪的激光系统，包括第一半导体激光器、第二半导体激光器、回栗光稳频模块、冷却光稳频模块、第一光分束装置、第二光分束装置、第三光分束装置、第一锥形放大器和第二锥形放大器，
[0005]所述的第一半导体激光器的输出光经第一光分束装置分成两束，其中一束输入回栗光稳频模块，回栗光稳频模块的输出端与第一半导体激光器的电流调制端口连接，另一束通过第一锥形放大器进行功率放大后经第二光分束装置分为两束，其中一束输入冷却光稳频模块，另一束作为激光系统的第一输出光，
[0006]所述的第二半导体激光器的输出光经通过第二锥形放大器进行功率放大后经第三光分束装置分为两束，其中一束输入冷却光稳频模块，另一束作为激光系统的第二输出光，
[0007]所述的冷却光稳频模块包括光电探测器、微波参考源、混频器、射频开关、频率电压转换装置、减法器、第一比例积分电路、激光器电流调制装置，输入冷却光稳频模块的两束光拍频，先由所述的光电探测器接收，光电探测器的输出电信号和微波参考源的输出微波信号经混频器混频后输出至射频开关的输入端，所述的射频开关一个输出端顺序连接频率电压转换装置、减法器、第一比例积分电路和激光器电流源，激光器电流源的输出端与第二半导体激光器的电流调制端口连接。
[0008]更进一步地，所述的冷却光稳频模块还包括鉴频鉴相器、第二比例积分电路和参考信号源，所述的射频开关另一个输出端顺序连接鉴频鉴相器、第二比例积分电路和激光器电流源，所述的参考信号源与鉴频鉴相器的输入端连接。
[0009]更进一步地，调节减法器15输入端的参考电压可以实现对激光系统的第二输出光频率的微调。
[0010]更进一步地，所述的第一半导体激光器和第二半导体激光器为分布反馈半导体激光器。
[0011]本实用新型的有益效果是本实用新型的适用于可搬运原子干涉仪的激光系统利用两台分布反馈激光器(DFB)作为种子光实现87Rb原子的冷却囚禁以及原子干涉和探测等全部过程所需要的光，DFB激光器较ECDL稳定性好，整个光路系统移频器较少，结构紧凑、功耗小，可以用于搬运型原子干涉仪。并且利用铷原子两个超精细结构跃迀线为频率参考，通过直接改变激光器输出频率的方式实现激光大范围移频，与传统的利用声光移频器实现移频的方法相比，简化了光路并且避免了移频带来的光功率损失。
【附图说明】
[0012]图1本实用新型的适用于可搬运原子干涉仪的激光系统的组成示意图；
[0013]图2 87Rb原子D2线谱线示意图；
[0014]图3本实用新型的适用于可搬运原子干涉仪的激光系统的冷却光稳频模块的组成示意图；
[0015]图4为铷原子饱和吸收谱线和本实用新型的适用于可搬运原子干涉仪的激光系统的激光器频率变化图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步地描述。
[0017]如图1所示，本实用新型的一种适用于可搬运原子干涉仪的激光系统，包括第一半导体激光器1、第二半导体激光器5、回栗光稳频模块9、冷却光稳频模块8、第一光分束装置2、第二光分束装置4、第三光分束装置7、第一锥形放大器3、第二锥形放大器6。
[0018]所述的第一半导体激光器I的输出光经第一光分束装置2分成两束，其中一束输入回栗光稳频模块9，回栗光稳频模块9的输出端与第一半导体激光器I的电流调制端口连接，另一束通过第一锥形放大器3进行功率放大后经第二光分束装置4分为两束，其中一束输入冷却光稳频模块8，为第二半导体激光器5的输出光提供频率参考，另一束作为激光系统的第一输出光，可提供干涉仪的回栗光或主拉曼光。87Rb原子的D2谱线图如图2所示，在87Rb原子冷却囚禁阶段，回栗光频率对应87Rb原子队线F = I到F' =2的跃迀，防止原子被抽运到暗态；在87Rb原子干涉阶段，干涉仪需要频率相差6.834GHz的远红失谐的一对拉曼光，以使铷原子产生受激拉曼跃迀。此时，激光器输出频率对应85Rb原子队线F = 2到F' =3的跃迀，为原子干涉仪提供主拉曼光，即拉曼光中频率较大的光。回栗光稳频模块9以铷原子超精细结构跃迀线D2线为频率基准，将输入光频率的误差信号反馈到第一半导体激光器I的电流调制端口，稳定第一半导体激光器I频率。
[0019]所述的第二半导体激光器5的输出光经通过第二锥形放大器6进行功率放大后经第三光分束装置7分为两束，其中一束与第二光分束装置4出来的一束光重合拍频，经过冷却光稳频模块8实现冷却光的稳频或锁相。另一束作为激光系统的第二输出光，可提供干涉仪的冷却光、探测光和从拉曼光。如图2所示，在87Rb原子冷却囚禁阶段，冷却光频率红失谐于87Rb原子队线F = 2到F' =3的跃迀，冷却87Rb原子；在87Rb原子干涉阶段，第二半导体激光器5频率跟随第一半导体激光器I频率同步地减小，为原子干涉仪提供从拉曼光，即拉曼光中频率较小的光。
[0020]所述的第一半导体激光器I和第二半导体激光器5为分布反馈半导体激光器(DFB)，这种激光器结构紧凑，不跳模范围一般大于100GHz，抗震动干扰能力强，通过调节激光管注入电流或温度来改变输出频率。
[0021]原子干涉仪的工作过程依据对激光系统的激光频率的需求可分为冷却、干涉和探测三个主要阶段，冷却阶段和探测阶段对种子光(第一半导体激光器I和第二半导体激光器5输出的光)频率需求相同。在冷却阶段，回栗光通过稳频模块9将频率锁在87Rb队线的F = I到P =2的超精细结构跃迀线上，冷却光通过冷却光稳频模块8将其频率参考到回栗光频率上，且两者之间存在6.SGHz的频差。所述的冷却光稳频模块8包括光电探测器10、微波参考源11、混频器12、射频开关13、频率电压转换装置14、减法器15、第一比例积分电路16、激光器电流源17，输入冷却光稳频模块8的两束空间重合度非常好的输入光首先进入所述的光电探测器10，光电探测器10为快速光电管，其将两激光拍频信号转换为电信号，输出两激光的差频信号，输出的频差