本发明涉及一种铷(87rb)原子囚禁系统真空腔室中监测光功率的方法，属于激光冷却原子技术领域。
背景技术：
原子干涉重力仪可用于实现重力场的精密测量，冷却和囚禁原子是原子干涉重力仪中实现重力测量的第一步骤。我们用于冷却的原子为87rb原子，冷却87rb原子需要七束780nm的激光，其中六束为冷却光，要求功率保持在10mw左右，另外一束再泵浦光要求保持在5mw左右，由于每束光进入真空腔后功率不同导致冷原子团形状各异，为保证形状均匀，需要根据从ccd镜头观测到的冷原子团形状对每束光进行功率微调。因此为保证每束光功率可控，需要实现光功率监测功能。在现阶段冷原子技术中，冷却囚禁原子的七束激光需要由保偏光纤注入到真空腔室中形成空间光，为保证进入真空腔的空间光的准直性，以及扩大与原子的接触面积，通常将具有扩束和准直功能的集成光路单元作为连接器件。但扩束准直单元内部光功率需要在安装到真空腔室窗口上之前进行测量，无法实现实时监测，因此为保证光功率的长期稳定性，一般实验室的做法是每隔一个周期拆掉扩束准直单元重新调试，再安装到真空腔继续使用。这种间接式检测调节方法工作效率极低，且多次拆卸扩束准直单元会造成时间损耗和机械器件的磨损。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有技术无法实现实时监测功率的问题，提供一种铷原子囚禁系统真空腔室中监测光功率的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种铷原子囚禁系统真空腔室中监测光功率的方法，每束光通过单模保偏光纤引入到apc光纤插座中，出射光未聚焦直接以发散形式的空间光穿过半波片入射到小号偏振分光棱镜，透射的一小部分被光电探测器探测到，反射的部分实现准直功能，经过四分之一波片后入射到大偏振分光棱镜，用边长更长的大号偏振分光棱镜是由于此时激光已经被扩束，之后空间光分别穿过凹透镜和凸透镜可以进一步实现扩束。激光功率监测单元安装扩束准直单元的小号偏振分光棱镜的透射端，由光电二极管和直流偏置器组成的光电探测器，通过电信号in(也可以是un)输出实时监测功率变化，即关系满足pn＝p0-pn’(in)，当激光功率改变量pn超出测量要求时，由于每束光的初始功率p0保持恒定，因此通过调节扩束准直单元上的半波片使透射端pn’(in)变化进行功率再分配，以满足pn在可控范围内。
实现上述方法的装置，包括：保偏光纤、apc光纤接口、半波片、空间激光、小号偏振分光棱镜、光电探测器、四分之一波片、大号偏振分光棱镜、凹透镜和凸透镜。
空间激光通过保偏光纤和apc光纤接口进入，经过半波片入射到小号偏振分光棱镜，部分空间激光被反射，剩余部分的空间激光透射；被反射的空间激光依次经过四分之一波片、大号偏振分光棱镜、凹透镜和凸透镜。被透射的空间激光被光电探测器采集。
有益效果
本发明的一种铷原子囚禁系统真空腔室中监测光功率的方法，对功率的监测过程是利用经过偏振分光棱镜透射部分的一小部分激光进行外部测量，不影响光路传输。可以根据每一路监测结果手动旋转其扩束准直筒的半波片，达到调节光功率功能，从而减小因为功率浮动而带来的各路激光不均匀问题，使调节具有很好的直观性，连续性，使用方便，快捷。本发明不仅可对铷原子囚禁系统的激光进行实时功率监测，也可推广应用于任意激光光路中。
附图说明
图1是本发明一种铷原子囚禁系统真空腔室中监测光功率装置实施步骤程序图；
图2是扩束准直单元内部光路以及功率监测单元示意图。
其中：1.保偏光纤、2.apc光纤接口、3.半波片、4.空间激光、5.小偏振分光棱镜、6.光电探测器、7.四分之一波片、8.大偏振分光棱镜、9.凹透镜、10.凸透镜。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实施例对发明内容做进一步说明。
实施例1
一种铷原子囚禁系统真空腔室中监测光功率的方法，包括如下步骤：
步骤一：组装带功率监测功能的扩束准直单元。考虑小型化，其采用反射光路，直接利用光纤出射光束的发散角进行准直，选取apc接口光纤插座，消除两束对射准直光可能出现的干涉现象。
步骤二：光通过单模保偏光纤1引入到apc光纤插座2中，出射光未聚焦直接形成发散形式空间光，经过半波片3后入射到小号偏振分光棱镜5，光路分成两部分：透射部分和反射部分，其中透射的部分被光电探测器6探测到，反射的部分实现准直功能。通过旋转半波片3可以改变投射光和反射光功率比。
步骤三：反射光经过四分之一波片7后入射到大号偏振分光棱镜8，使用边长更长的偏振分光棱镜8是由于此时光已经被扩束，之后空间光分别穿过凹透镜9和凸透镜10进一步扩束。通过旋转四分之一波片7可以调节光的偏振态。
步骤四：激光功率监测单元安装在扩束准直单元的小号偏振分光棱镜5的透射端，即由光电二极管和直流偏置器组成的光电探测器6，通过电信号in(也可以是un)输出实时监测功率变化，即关系满足pn＝p0-pn’(in)，当激光功率改变量pn超出测量要求时，由于每束光的初始功率p0保持恒定，因此通过调节扩束准直单元上的半波片3使透射端pn’(in)变化进行功率再分配，以满足pn在可控范围内。
本专利的保护范围不仅限于87rb原子和780nm激光，如果应用其他碱金属元素原子和其他波段的激光冷却和囚禁原子，也在本专利的保护范围之内。
如图1所示，一种铷原子囚禁系统真空腔室中监测光功率装置，包括激光分束系统，真空腔，扩束准直系统和激光功率监测单元。六束冷却光和一束再泵浦光通过保偏光纤从空间光传输到真空腔mot区，在此过程中的每一束光分别经过扩束准直单元和功率探测单元实现了激光的扩束、准直及功率监测调节功能。当冷却光入射到保偏光纤1中的功率是13mw，经过apc光纤插座2和半波片3成为空间发散光束，经过小号偏振分光棱镜5后有2mw光被透射，约10mw的光被反射，透射的光进入光电探测器6，反射的光经过四分之一波片7和大号偏振分光棱镜8实现光的准直，再经过凹透镜9和凸透镜10实现光的扩束，最终出射的光功率为10mw。同样对于再泵浦光，入射光功率是6mw，经过以上过程透射光功率为1mw，被光电探测器6采集，发射光被扩束准直后出射的光功率为5mw。当六束冷却光和一束再泵浦光的光功率在实验过程中某束光功率产生变化，可以通过其对应的光电探测器6连接到的示波器上电信号变化观察到，此时旋转其扩束准直单元中的半波片3，就可以改变小号偏振分光了棱镜5的功率分配比，将输出的反射光功率重新调回初始值，以满足实验要求。
如图2所示，实现上述方法的装置，包括：保偏光纤1、apc光纤插座2、半波片3、空间激光4、小号偏振分光棱镜5、光电探测器6、四分之一波片7、大号偏振分光棱镜8、凹透镜9和凸透镜10。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。