CN108227247B - 基于声光调制的8程移频器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种8程声光移频器，涉及激光声光移频技术领域。本发明包括单模保偏光纤、光纤耦合镜、反射镜、外直角反射镜、二分之一波片、偏振分光棱镜、法拉第旋光器、凸透镜、四分之一波片、声光调制器和射频驱动源；通过上述器件的有机整合，可实现激光多次往返于声光调制器并发生衍射，从而实现8程激光频率移动。本发明实现了当前基于声光调制移频技术，在移频范围、衍射效率、出射最大功率、衍射隔离度等技术参数上，单个声光调制器可达到的最优综合性能。在成本远低于同等移频范围声光调制器件的情况下，本发明综合性能远远优于其它产品，将大幅提高未来GHz量级高频声光调制技术的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及激光的声光移频领域，尤其涉及一种基于声光调制的8程移频器。
背景技术
在冷原子物理研究领域，激光作为一种常用的工具已普遍为人们所运用；同时在以冷原子为媒介的精密测量物理实验过程中，我们需要使用各种不同频率的激光以实现不同的物理过程：例如，在基于冷和囚禁原子团，之后改变激光频率移动光学黏胶，并利用双光子拉曼跃迁技术使原子团发生干涉，最后通过探测光探测原子团在不同态上的布局数以提取相关数据等，参考文献（Measurement of Local Gravity via a Cold AtomInterferometer，L. Zhou等, Chin. Phys. Lett. 第28卷, 013701页，2011年），这些物理过程中，由于原子（如锂、钠、钾、铷、铯等原子）谱线的特殊性，我们需要用到频差相差GHz量级的激光。为了获取这些不同频率的激光，通常我们是相对于一个频率锁定的参考激光进行移频，其主要有三种方式：电光调制方案、拍频锁相方案以及声光调制方案。这三种方案各有优缺点，电光调制方案可产生GHz量级正负一阶边带，并可以通过高阶边带移频覆盖到10GHz量级，但其最大的问题是各级边带难以分开，导致进一步放大后的激光利用效率偏低，且多个激光分量共存时，容易在原子物理实验中产生一些我们不愿意看到的附加影响，如在精密测量实验中引入系统误差，参考文献（Microwave signal generation withoptical injection locking，Bouyer等，Optics letters，第21卷，1502-1504页，1996年）。拍频锁相方案可以高效地实现移频，无论在激光利用效率还是边带问题上性能都非常优异，但其实现每一个移频都需要额外配备一个激光器、相应的微波信号源及其全套光学拍频及电路锁相系统，技术难度比较大，投入也较大，难以在大多数原子物理实验中得到应用推广。声光调制方案可以实现很高的调制效率（90%以上），而且其边带与连带之间的隔离度很高（往往在30dB以上），但这类型的声光调制器基本工作在在100MH量级，很少有AOM能达到GHz量级，这使得声光调制器在GHz量级的移频应用受到很大限制。参考文献（Double-pass acousto-optic modulator system，Donley, E. A.等，Review of ScientificInstruments，第6卷，063112页，2005年）。
由于声光调制方案简单，且容易获得高效纯净的衍射激光，因此，人们也在探索产生GHz量级声光调制衍射光的技术。一条路线是研制高调制频率的声光调制晶体。但是声光调制晶体随着调制频率的增加，成本迅速上升，而其衍射效率和损伤阈值却急剧降低，如Brimrose公司生产的商品化声光调制器（LNF-3500-1000）最高可达3.5GHz；但由于提高了其调制频率使其有效衍射区域变得非常小（25mm），其入射光损伤阈值大约只有30mW，而且其衍射激光的效率只有5%，但其价格却是普通100MHz声光调制器的20倍以上。高昂价格、低效率以及低损伤阈值使高频声光调制器在原子物理研究领域很难得到广泛应用。另一条路径是同一个激光多次通过声光调制器移频。其中一个方案是采用多个低频声光调制器串联衍射，这在双程以上的声光调制技术上常用，但随着衍射级数的增加，系统复杂度和成本线性增加。参考文献（铷同位素磁光阱性质的研究，量子电子学报，郝恺，周林，汤彪，彭文翠，杨威，王谨，詹明生）。另外一种方案是通过激光在空间分布上的设计，实现同一束激光多次通过同一个声光调制器，并发生多次衍射，然而，到目前为止，这种技术在400M声光调制器上实现了4次通过，移频1.6GHz，效率30%。参考文献（A four-pass acousto-opticmodulator system for laser cooling of sodium atoms，第7卷，076105页，2017年）。在200MHz声光调制器上实现了6次通过，移频1.52GHz，效率15%。参考文献（Low-cost setupfor generation of 3 GHz frequency difference phase-locked laser light，F. B.J. Buchkremer等，Review of Scientific Instruments，第9卷，3306页，2000年），由于其有效工作面积比较大，其损伤阈值远远大于单个高频声光调制器。当然由于这种方案需要设计非常复杂的光学系统，6次以上通过的方案尚未见诸报道。
综上所述，作为激光GHz移频技术的选项之一，声光调制技术在相比于电光调制技术在效率和边带隔离度上优势明显；相比于拍频锁相技术，在技术难度和成本上有巨大优势；但是相对于前述两种技术，考虑到移频范围、移频效率、损伤阈值、成本等各个因素，目前其可供使用的各种方案，在GHz移频范围内，尚难以与前两种方案相比。作为未来发展方向的多程声光移频技术，如果能在提高当前常用声光调制器（常规产品中心频率最高到350MHz）多次通过级数的前提下仍能保证高效率，从而在低成本下提高整体的综合性能，则有望推广声光调制技术在本领域的应用范围。因此，实现一种高衍射效率、高频移量、结构简单和低成本的多程声光移频技术有着非常强烈的现实需求。
发明内容
本发明的目的就在于克服当前采用高调制频率声光调制器方案时衍射效率和损伤阈值低和成本高的缺点；同时也避免多个声光调制器方案中光学系统复杂和成本高等问题，提供一种基于声光调制的8程移频器，仅使用一个声光调制器，便能实现多程声光移频。
本发明的目的是这样实现的：
具体地说，本发明包括单模保偏光纤、激光准直器、第1偏振分光棱镜、第2偏振分光棱镜、法拉第旋光器、二分之一波片、第1凸透镜、第2凸透镜、第3凸透镜、声光调制器、射频驱动源、外直角反射镜、四分之一波片、第1反射镜和第2反射镜；
其位置关系是：
激光经过单模保偏光纤，由光纤耦合镜准直后射出平行光并垂直射向第1偏振分光棱镜；
第1偏振分光棱镜右侧依次是法拉第旋光器、二分之一波片、第2偏振分光棱镜、第2反射镜、第1凸透镜、第1反射镜、四分之一波片、第2凸透镜、声光调制器、射频驱动源、第3凸透镜、外直角反射镜；
其中第2反射镜位于第2偏振分光棱镜反射面输出端，并平行于第2偏振分光棱镜，第1凸透镜的焦距f1，第2凸透镜的焦距为f2，第3凸透镜焦距为f3，其中第1凸透镜与第2凸透镜相距f1+f2，第2凸透镜与第3凸透镜相距f2+f3，声光调制器位于第2凸透镜右侧焦距处，同时也位于第3凸透镜左侧焦距处；外直角反射镜位于第3凸透镜右侧焦距处；第1反射镜位于第1凸透镜右侧焦距处，同时也位于第2凸透镜左侧焦距处；
其连接关系是：
激光经过单模保偏光纤，由光纤耦合镜准直后射出平行光并垂直射向第偏振分光棱镜，此时激光偏振为偏振分光棱镜反射偏振S偏振，反射光垂直于入射光向右侧射出；
反射光射向法拉第旋光器左侧通光孔，并从右侧通光孔射出，射向并透过二分之一波片，激光偏振此时调整为偏振分光棱镜透过偏振P偏振，射向第2偏振分光棱镜；
激光透过第2偏振分光棱镜射向由第1凸透镜和第2凸透镜组成的望远镜组，并以平行光出射，射向声光调制器，发生+1级(或-1级)衍射，衍射角为1倍布拉格衍射角，偏振为P偏振，射向并透过第3凸透镜，此时激光为聚焦光；
透射光射向外直角反射镜，被两次反射后，反射光与入射光错开一定距离，并沿着与入射光平行的方向返回，反射光再次经过第3凸透镜并透过第3凸透镜，由于外直角反射镜位于第3凸透镜一倍焦距处，因此再次透过第3凸透镜的光束再次成为平行光，但传播方向被会聚到第3凸透镜左侧焦点，即声光调制器的中心位置，并再发生+1级（或-1级）衍射，衍射光射向并透过第2凸透镜；
激光透过第2凸透镜后射向并透过四分之一波片，射向第1反射镜后反射并原路返回，再次透过四分之一波片，此时激光偏振调整为S偏振，射向并透过第2凸透镜，透射光射向声光调制器，第3次发生+1级（或-1级）衍射；
衍射光透过第3凸透镜，经外直角反射镜反射，返回并透过第3凸透镜、声光调制器，发生第4次1级衍射，此时激光与第一次衍射前的激光重合，但其偏振为S偏振；
第4次衍射后衍射光透过第2凸透镜、第1凸透镜，射向第2偏振分光棱镜，此时激光偏振为S偏振，因此，激光被第2偏振分光棱镜反射并射向第2反射镜，激光经过第2反射镜反射后。重复第3、4、5、6步骤并依次发生第5、6、7、8次衍射；
第8次衍射后，衍射光与入射光重合，偏振为P偏振的平行光，因此第8次衍射光透过第2凸透镜、第1凸透镜、第2偏振分光棱镜、二分之一波片、法拉第旋光器，激光从法拉第旋光器4左侧通光孔射出后偏振为P偏振，射向第1偏振分光棱镜并透过出射，实现与入射激光的空间分离。
本发明具有下列优点和积极效果：
①相比于电光调制器方案，本发明具有边带隔离度高的优点；相比于拍频锁相方案，本方案具有技术简单，成本低等优点；本发明将有效提高声光调制技术在GHz水平激光调制需求上的应用；
②相比于现有高频声光调制器，本发明在调制频率范围（中心频率350MHz*8=2.8GHz，调谐范围2.6-3.0GHz，对比声光调制器（LNF-3500-1000）移频3.5GHz）、移频效率（8程>25%，对比声光调制器（LNF-3500-1000）为5%）、损伤阈值（>500mW入射，对比声光调制器（LNF-3500-1000）30mW入射）、最终输出功率（>30mW出射，对比声光调制器（LNF-3500-1000）1.5mW出射）及成本上均有较大优势，实现了GHz量级声光调制技术在综合性能上的巨大飞越；
③在技术设计上，本发明设计的独特三透镜加两端焦点的反射镜的光学系统，实现了激光光束在多次反射过程中，均以小束腰半径平行光的形式通过声光调制器有效区域而不发散，保证了多次衍射均保持极高的效率；本发明采用的独特外空三角棱镜方案，一方面实现激光的空间两次（或三次）通过，另一方面实现了激光在多次反射过程中激光的较好的线偏振维持，并降低了光学损耗；本发明采用的法拉第旋光器方案，实现了激光空间多次通过的成倍增加，使当前多程声光移频技术由原来的最多6程增加到8程，激光移频范围较以往大幅增加；另外，本发明以常规低成本的声光调制器为基础，实现GHz量级大范围移频技术，有利于本技术的推广应用；
④在应用上，本发明可实现正负一级的移频，从而可以使以种子激光器为核心，实现最大移频±3.0GHz以上，基本上覆盖了目前冷原子物理研究领域对GHz量级移频技术的需求，由于采用常规的器件就可以实现综合性能非常强大的声光移频技术，将极大提高本技术在冷原子研究领域的应用。
总之，本发明以很低的成本实现了声光调制技术在移频范围、衍射效率和损伤阈值等综合性能的巨大飞越，具有很大的应用前景，将有利推动冷原子物理实验技术的发展。
附图说明
图1和图2为是本发明的工作原理俯视图；
图2是图1的右半边的主视图。
其中：
1—单模保偏光纤；
2—激光准直器；
3-1—第1偏振分光棱镜，3-2—第1偏振分光棱镜；
4—法拉第旋光器；
5—二分之一波片；
6-1—第1凸透镜，6-2—第2凸透镜，6-3—第3凸透镜；
7—声光调制器；
8—射频驱动源；
9—外直角反射镜；
10—四分之一波片；
11-1—第1反射镜，11-2—第2反射镜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明：
一、总体
如图1、图2，本发明包括单模保偏光纤1、激光准直器2、第1偏振分光棱镜3-1、第2偏振分光棱镜3-2、法拉第旋光器4、二分之一波片5、第1凸透镜6-1、第2凸透镜6-2、第3凸透镜6-3、声光调制器7、射频驱动源8、外直角反射镜9、四分之一波片10、第1反射镜11-1和第2反射镜11-2；
其位置关系是：
激光经过单模保偏光纤1，由光纤耦合镜2准直后射出平行光并垂直射向第1偏振分光棱镜3-1；
第1偏振分光棱镜3-1右侧依次是法拉第旋光器4、二分之一波片5、第2偏振分光棱镜3-2、第2反射镜11-2、第1凸透镜6-1、第1反射镜11-1、四分之一波片10、第2凸透镜6-2、声光调制器7、射频驱动源8、第3凸透镜6-3、外直角反射镜9；
其中第2反射镜11-2位于第2偏振分光棱镜3-2反射面输出端，并平行于第2偏振分光棱镜3-2，第1凸透镜6-1的焦距f1，第2凸透镜6-2的焦距为f2，第3凸透镜6-3焦距为f3，其中第1凸透镜6-1与第2凸透镜6-2相距f1+f2，第2凸透镜6-2与第3凸透镜6-3相距f2+f3，声光调制器7位于第2凸透镜6-2右侧焦距处，同时也位于第3凸透镜6-3左侧焦距处；外直角反射镜9位于第3凸透镜6-3右侧焦距处；第1反射镜11-1位于第1凸透镜6-1右侧焦距处，同时也位于第2凸透镜6-2左侧焦距处；
其连接关系是：
激光经过单模保偏光纤1，由光纤耦合镜2准直后射出平行光并垂直射向第1偏振分光棱镜3-1，此时激光偏振为偏振分光棱镜反射偏振S偏振，反射光垂直于入射光向右侧射出；
反射光射向法拉第旋光器4左侧通光孔，并从右侧通光孔射出，射向并透过二分之一波片5，激光偏振此时调整为偏振分光棱镜透过偏振P偏振，射向第2偏振分光棱镜3-2；
激光透过第2偏振分光棱镜3-2射向由第1凸透镜6-1和第2凸透镜6-2组成的望远镜组，并以平行光出射，射向声光调制器7，发生+1级(或-1级)衍射，衍射角为1倍布拉格衍射角，偏振为P偏振，射向并透过第3凸透镜6-3，此时激光为聚焦光；
透射光射向外直角反射镜9，被两次反射后，反射光与入射光错开一定距离，并沿着与入射光平行的方向返回，反射光再次经过第3凸透镜6-3并透过第3凸透镜6-3，由于外直角反射镜9位于第3凸透镜6-3一倍焦距处，因此再次透过第3凸透镜6-3的光束再次成为平行光，但传播方向被会聚到第3凸透镜6-3左侧焦点，即声光调制器7的中心位置，并再发生+1级(或-1级)衍射，衍射光射向并透过第2凸透镜6-2；
激光透过第2凸透镜6-2后射向并透过四分之一波片10，射向第1反射镜11-1后反射并原路返回，再次透过四分之一波片10-3，此时激光偏振调整为S偏振，射向并透过第2凸透镜6-2，透射光射向声光调制器7，第3次发生+1级(或-1级)衍射；
衍射光透过第3凸透镜6-3，经外直角反射镜9反射，返回并透过第3凸透镜6-3、声光调制器7，发生第4次1级衍射，此时激光与第一次衍射前的激光重合，但其偏振为S偏振；
第4次衍射后衍射光透过第2凸透镜6-2、第1凸透镜6-1，射向第2偏振分光棱镜3-2，此时激光偏振为S偏振，因此，激光被第2偏振分光棱镜3-2反射并射向第2反射镜11-2，激光经过第2反射镜11-2反射后。重复第3、4、5、6步骤并依次发生第5、6、7、8次衍射；
第8次衍射后，衍射光与入射光重合，偏振为P偏振的平行光，因此第8次衍射光透过第2凸透镜6-2、第1凸透镜6-1、第2偏振分光棱镜3-2、二分之一波片5、法拉第旋光器4，激光从法拉第旋光器4左侧通光孔射出后偏振为P偏振，射向第1偏振分光棱镜3-1并透过出射，实现与入射激光的空间分离。
二、功能部件
下面所述的功能部件均为常用标准件。
1、单模保偏光纤1
单模保偏光纤1是一种传输单模线偏振激光的光纤。
2、激光准直器2
激光准直器2是一种将激光耦合进入光纤或将光纤出射的激光准直成一定直径的平行光束的器件，由固定光纤的法兰盘和聚焦透镜组成。
3、第1偏振分光棱镜3-1、第2偏振分光棱镜3-2
第1偏振分光棱镜3-1、第2偏振分光棱镜3-2是可以通过改变激光偏振，让激光反射（S偏振）或者透过（P偏振）的方形器件。
4、法拉第旋光器4
法拉第旋光器4是通过光的磁滞效应改变激光偏振的器件。
5、二分之一波片5
二分之一波片5是一种调整激光偏振方向的器件。
6、第1凸透镜6-1、第2凸透镜6-2、第3凸透镜6-3
第1凸透镜6-1、第2凸透镜6-2、第3凸透镜6-3是可以让激光汇聚的镜片，其中第1凸透镜6-1焦距为f1、第二凸透镜6-2焦距为f2、第3凸透镜6-3焦距为f3，作用于声光调制器7后以提高衍射效率，第1凸透镜6-1、第2凸透镜6-2、第3凸透镜6-3的位置组合用于控制激光的光斑大小和发散度。
7、声光调制器7
声光调制器7是一种用于调制激光频率和幅度的器件，能使其±1级衍射光与零级光以两倍布拉格角分开，并将大部分激光功率集中调制到衍射级。
8、射频驱动源8
射频驱动源8是一种可输出一定功率的射频正弦波信号，并可对信号进行频率调制（包括调频，即FM和键控移频，即FSK）、幅度调制（AM），其驱动声光调制器8实现对激光的操控。
9、外直角反射镜9
外直角反射镜9可以让激光空间分离并反射，相对于内外直角反射镜，外直角反射镜可以保证偏振的稳定性，并且具有激光损耗小，偏振变化小等优点。
10、四分之一波片10
四分之一波片10是一定厚度的双折射单晶薄片，当法向入射透过时，寻常光（o光）和非常光（e光）之间的位相差等于π/2或其奇数倍。
11、第一反射镜11-1、第二反射镜11-2
第1反射镜11-1、第2反射镜11-2是将激光反射的平面镜。
三、工作原理
下面详细阐述本发明的工作原理。
本发明的工作原理是激光往返于声光调制器并发生衍射，可参考文献（Double-pass acousto-optic modulator system，Donley, E. A.等，Review of ScientificInstruments，第6卷，063112页， 2005年）。
声光调制器7在射频驱动源8的作用下，能高效率地衍射激光；声光调制器7根据实验需要可对型号进行选择，选择不同调制频率的声光调制器意味着可以得到不同频移的激光，但是如果选择低频声光调制器，经过多程移频后，频率并没多大移动（如100MHz量级），实际应用不高；如果采用较高频声光调制器，经过多程移频后，衍射效率又太低，因此结合我们实验（如铷-85 D2线基态能级宽度3.035GHz），我们采用350MHz的声光调制器，其1级光单次衍射效率>80%；射频驱动源8可以工作在频率调制（包括调频FM和键控移频FSK）、幅度调制（AM）模式下，我们选择调频FM，对声光调制器7进行驱动，使经过声光调制器7的激光产生1级衍射光，衍射角为一倍布拉格衍射角。
激光第1次经声光调制器7衍射后，1级衍射光与入射光仍在一个水平面上，由于此时声光调制器位于第3凸透镜6-3焦点处，所以1级衍射光透过第3凸透镜6-3后会被调整为与入射光平行；后面的外直角反射镜的目的在于在竖直（Z）方向上将光线抬高，同时又可以使激光返回而不于来路重叠。
光线第二次经过第3凸透镜6-3后，仍会被汇聚到焦点处，也就是声光调制器7的晶体上，只是此时光线不仅与X方向的入射光在水平面有一个布拉格衍射角，并且在竖直（Z）方向上与入射光由夹角，角度的大小取决于外直角反射镜将光线抬高的高度，之后激光第2次经过声光调制器7，并发生第2次1级衍射。
第2凸透镜6-2和第一反射镜11-1的目的是使得激光原路返回，四分之一波片10的目的是来回两次将激光偏振转90°，之后激光第3次经过声光调制器7。
激光经过声光调制器7发生第3次衍射后，又经由第3凸透镜6-3，外直角反射镜9返回，并第4次经过声光调制器，此时光线与最开始X方向的入射光重合，但是偏振垂直，再经过第二2凸透镜6-2、第1凸透镜6-1，由第1偏振分光棱镜3-1射出，这便是4程声光移频技术原理。
若在第1偏振分光棱镜3-1后面加上法拉第旋光器4、第2二偏振分光棱镜3-2和第2反射镜11-2，激光经过声光调制器7发生第4次衍射后由第2偏振分光棱镜3-2反射至第2反射镜11-2，第2反射镜11-2的目的是使激光原路返回，并且重复之间第1、2、3、4次经过声光调制器的过程，发生第5、6、7、8次衍射。
当激光再次到达第2偏振分光棱镜3-2时，此时偏振由于第三、四次经过了四分之一波片10，又偏转了90°，可以透过第2偏振分光棱镜3-2，再经过二分之一波片5、法拉第旋光器4后，透过第1偏振分光棱镜3-1射出，这里法拉第旋光器的作用是使激光最后透过第1偏振分光棱镜3-1，而不是反射，这便是8程声光移频技术原理。
由于在同一频率调制下，声光调制器7的衍射效率仅仅取决于入射光与其夹角，若先调整第一次衍射效率最大，后面几次衍射效率均与第一次相当，因此当第一次衍射效率为85%时，经过8程衍射后，激光的衍射效率为27%考虑到激光透过晶体时光强有损失，所以最终衍射效率为20%左右，频移量为350M×8即2.8GHz由于声光调制器7存在衍射带宽，可以在带宽允许的范围内调高射频驱动源8的调制频率，这样8程衍射后，激光频移量可以大于2.8GHz，以满足实验需求。
这里第1凸透镜6-1，第2凸透镜6-2的作用是压窄激光的光斑大小，同时第2凸透镜6-2，第,3凸透镜6-3又可以调整激光放方向，配合第1反射镜11-1，外直角反射镜9，使激光可以来回经过声光调制器7，并发生衍射。
综上所述，本发明克服采用高调制频率声光调制器衍射效率和损伤阈值低的缺点，同时也避免多个声光调制器使用的高成本，实现了一种仅仅使用一个声光调制器实现多频激光频移的技术；具有高衍射效率、高频移量、结构简单和低成本等特点，提高声光调制器的使用效率，减少实验所需声光调制器和射频驱动源的数量，简化实验系统光路，节省大量资源。
Claims (1)
1.一种基于声光调制的8程移频器，其特征在于：
包括单模保偏光纤（1）、激光准直器（2）、第1偏振分光棱镜（3-1）、第2偏振分光棱镜（3-2）、法拉第旋光器（4）、二分之一波片（5）、第1凸透镜（6-1）、第2凸透镜（6-2）、第3凸透镜（6-3）、声光调制器（7）、射频驱动源（8）、外直角反射镜（9）、四分之一波片（10）、第1反射镜（11-1）和第2反射镜（11-2）；
其位置关系是：
激光经过单模保偏光纤（1），由激光准直器（2）准直后射出平行光并垂直射向第1偏振分光棱镜（3-1）；
第1偏振分光棱镜（3-1）右侧依次是法拉第旋光器（4）、二分之一波片（5）、第2偏振分光棱镜（3-2）、第2反射镜（11-2）、第1凸透镜（6-1）、第1反射镜（11-1）、四分之一波片（10）、第2凸透镜（6-2）、声光调制器（7）、射频驱动源（8）、第3凸透镜（6-3）、外直角反射镜（9）；
其中第2反射镜（11-2）位于第2偏振分光棱镜（3-2）反射面输出端，并平行于第2偏振分光棱镜（3-2），第1凸透镜（6-1）的焦距f1，第2凸透镜（6-2）的焦距为f2，第3凸透镜（6-3）焦距为f3，其中第1凸透镜（6-1）与第2凸透镜（6-2）相距f1+f2，第2凸透镜（6-2）与第3凸透镜（6-3）相距f2+f3，声光调制器（7）位于第2凸透镜（6-2）右侧焦距处，同时也位于第3凸透镜（6-3）左侧焦距处；外直角反射镜（9）位于第3凸透镜（6-3）右侧焦距处；第1反射镜（11-1）位于第1凸透镜（6-1）右侧焦距处，同时也位于第2凸透镜（6-2）左侧焦距处；
其连接关系是：
激光经过单模保偏光纤（1），由激光准直器（2）准直后射出平行光并垂直射向第1偏振分光棱镜（3-1），此时激光偏振为偏振分光棱镜反射偏振S偏振，反射光垂直于入射光向右侧射出；
反射光射向法拉第旋光器（4）左侧通光孔，并从右侧通光孔射出，射向并透过二分之一波片（5），激光偏振此时调整为偏振分光棱镜透过偏振P偏振，射向第2偏振分光棱镜（3-2）；
激光透过第2偏振分光棱镜（3-2）射向由第1凸透镜（6-1）和第2凸透镜（6-2）组成的望远镜组，并以平行光出射，射向声光调制器（7），发生+1级或-1级衍射，衍射角为1倍布拉格衍射角，偏振为P偏振，射向并透过第3凸透镜（6-3），此时激光为聚焦光；
透射光射向外直角反射镜（9），被两次反射后，反射光与入射光错开一定距离，并沿着与入射光平行的方向返回，反射光再次经过第3凸透镜（6-3）并透过第3凸透镜（6-3），由于外直角反射镜（9）位于第3凸透镜（6-3）一倍焦距处，因此再次透过第3凸透镜（6-3）的光束再次成为平行光，但传播方向被会聚到第3凸透镜（6-3）左侧焦点，即声光调制器（7）的中心位置，并再发生+1级或-1级衍射，衍射光射向并透过第2凸透镜（6-2）；
激光透过第2凸透镜（6-2）后射向并透过四分之一波片（10），射向第1反射镜（11-1）后反射并原路返回，再次透过四分之一波片（10），此时激光偏振调整为S偏振，射向并透过第2凸透镜（6-2），透射光射向声光调制器（7），第3次发生+1级或-1级衍射；
衍射光透过第3凸透镜（6-3），经外直角反射镜（9）反射，返回并透过第3凸透镜（6-3）、声光调制器（7），发生第4次1级衍射，此时激光与第一次衍射前的激光重合，但其偏振为S偏振；
第4次衍射后衍射光透过第2凸透镜（6-2）、第1凸透镜（6-1），射向第2偏振分光棱镜（3-2），此时激光偏振为S偏振，因此，激光被第2偏振分光棱镜（3-2）反射并射向第2反射镜（11-2），激光经过第2反射镜（11-2）反射后重复第3、4、5、6步骤并依次发生第5、6、7、8次衍射；
第8次衍射后，衍射光与入射光重合，偏振为P偏振的平行光，因此第8次衍射光透过第2凸透镜（6-2）、第1凸透镜（6-1）、第2偏振分光棱镜（3-2）、二分之一波片（5）、法拉第旋光器（4），激光从法拉第旋光器（4）左侧通光孔射出后偏振为P偏振，射向第1偏振分光棱镜（3-1）并透过出射，实现与入射激光的空间分离。
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