CN110176714A - 一种激光反向作用装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光反向作用装置及方法，所述装置包括：粒子模块、激光发生单元和反射单元，粒子模块用于提供作为反向作用对象的粒子；激光发生单元用于提供在空间上完全重合且传播方向相同的高频激光分量和低频激光分量；反射单元用于垂直反射所述高频激光分量和低频激光分量，以形成与所述高频激光分量和低频激光分量在空间上完全重合且传播方向相反的拉曼激光空间场；所述粒子模块位于所述激光发生单元与所述反射单元之间。本发明不需额外增加特殊器件和复杂光路，利用粒子多普勒速度实现拉曼激光脉冲的反向作用，具有系统简单、操作简便快捷的优良特点，便于推广，作用显著。

Description

一种激光反向作用装置及方法
技术领域
本发明涉及物质波干涉测量和粒子内外态调控技术领域，具体而言，涉及一种激光反向作用装置及方法。
背景技术
目前，拉曼激光脉冲是物质波干涉测量技术领域经常使用的操控工具，为物质波干涉精密测量技术发展起到重要支撑作用，使物质波干涉测量成为国际公认精度最高的测量方法，潜力巨大。
为了突破物质波干涉测量的精度极限，相关专业领域学者提出众多方案进一步提高其测量分辨力水平。其中一种有效方案是通过拉曼激光脉冲的反向作用来增加物质波干涉两臂之间的动量差，扩大干涉回路面积从而实现测量分辨力水平的成倍提高。然而，目前绝大多数情况下使用的拉曼激光脉冲都不能实现反向作用，即对于处在同一个内态的粒子始终只能给出一个方向的动量增量，不能改变动量增量的方向。
针对实现拉曼激光脉冲的反向作用，一种比较直接的方案是另外增加一条激光传输路径，将拉曼激光的高、低频激光分量分别经过两个不同的路径传输，最终形成重合对射的激光场与粒子系综产生作用；同时，为了达到反向作用目的，还需要额外增加一种特殊的光学装置来实现高、低频激光分量在两个激光传输路径之间的快速对换，通过物理光场的空间对换来实现拉曼激光脉冲反向作用的效果。这种直接将高、低频激光分量分束，通过置换实现反向作用的方案思路简单明确，但是需要额外增加多个光学装置，除了特殊的光路对换装置，还需要额外增加一条激光传输路径和准直扩束装置，而且给对射光路重合性调节增加一定难度。从功能角度，这种方案也很难实现多普勒不敏感的拉曼激光脉冲作用，不利于物质波干涉测量装置各种性能的测量评价与调试。
发明内容
为了能够以简单的系统和简便的操作快捷地实现拉曼激光反向作用，本发明提供一种激光反向作用装置及方法。
为了实现上述目的，本发明实施例所提供的技术方案如下所示：
第一方面，本发明实施例提供一种激光反向作用装置，包括：粒子模块、激光发生单元和反射单元；粒子模块，用于提供作为反向作用对象的粒子；激光发生单元，用于提供在空间上完全重合且传播方向相同的高频激光分量和低频激光分量；反射单元，用于垂直反射所述高频激光分量和低频激光分量，以形成与所述高频激光分量和低频激光分量在空间上完全重合且传播方向相反的拉曼激光空间场；所述粒子模块位于所述激光发生单元与所述反射单元之间。
优选地，激光反向作用装置还包括：激光稳频单元和/或激光锁相单元；激光稳频单元用于稳定所述高频激光分量和低频激光分量的频率；激光锁相单元用于锁定所述高频激光分量和低频激光分量的相位。
优选地，激光控制单元包括：频差控制单元，用于控制所述高频激光分量和低频激光分量之间的频率的差值。
优选地，激光控制单元包括：扩束单元，用于调整所述高频激光分量和低频激光分量的光束直径。
优选地，粒子模块包括：真空环境单元，用于使所述粒子处于真空环境。
第二方面，本发明实施例还提供一种实现激光反向作用方法，包括：激光发生步骤，向作为反向作用对象的粒子发射两束在空间上完全重合且传播方向相同的高频激光分量和低频激光分量；激光反射步骤，垂直反射所述高频激光分量和低频激光分量，以形成与所述高频激光分量和低频激光分量在空间上完全重合且传播方向相反的拉曼激光空间场。
优选地，所述激光发生步骤还包括：
激光稳频步骤，稳定所述高频激光分量和低频激光分量的频率；和/或激光锁相步骤，锁定所述高频激光分量和低频激光分量的相位。
优选地，所述激光发生步骤还包括：调整所述高频激光分量和低频激光分量之间的频率的差值。
优选地，所述激光发生步骤还包括：调整所述高频激光分量和低频激光分量的光束直径。
优选地，在所述激光发生步骤中，将所述粒子置于真空环境中。
本发明的有益效果包括：
本发明利用反射单元对高、低频激光同时反射，实现拉曼激光反向作用。本发明不需额外增加特殊器件和复杂光路，利用粒子多普勒速度实现拉曼激光脉冲的反向作用，具有系统简单、操作简便快捷的优良特点，便于推广，作用显著。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文举出本发明实施例，并配合所附附图，作详细说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种激光反向作用装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种激光反向作用的情景示意图；
图3为本发明实施例提供一种激光反向作用方法的流程示意图。
图示：10-激光反向作用装置；11-粒子模块；12-激光发生单元；13-反射单元；21-激光光源；22-激光频差控制装置；23-激光传导器件；24-准直扩束装置；25-粒子系统；26-反射镜。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例提供一种激光反向作用装置10，用于采用粒子多普勒速度实现拉曼激光的反向作用。请参考图1，图1为本发明实施例提供的一种激光反向作用装置10的结构示意图。激光反向作用装置10包括：粒子模块11、激光发生单元12和反射单元13；粒子模块11用于提供作为反向作用对象的粒子；激光发生单元12用于提供在空间上完全重合且传播方向相同的高频激光分量和低频激光分量；反射单元13用于垂直反射所述高频激光分量和低频激光分量，以形成与所述高频激光分量和低频激光分量在空间上完全重合且传播方向相反的拉曼激光空间场；其中，粒子模块11位于激光发生单元12与反射单元13之间。
其中，反射单元13可以采用物质波干涉测量装置(或仪器)中自带的反射镜以实现反射单元13的功能；激光发生单元12可以采用主、从激光器及光路系统，以实现高频激光分量和低频激光分量的产生以及两个激光分量的光路的重合；具体地，粒子模块11提供的粒子应当置于不影响激光作用效果的环境中。
具体地，激光发生单元12用于提供在空间上完全重合且传播方向相同的高频激光分量和低频激光分量，而高频激光分量和低频激光分量经过反射单元13的垂直反射后，即在一个空间场中，构成了高频激光分量和反射后产生的高频反射激光分量、低频激光分量和反射后产生的低频反射激光分量两两对射的拉曼激光空间场，而粒子位于所述拉曼激光空间场中，进而在不影响激光作用效果的环境中，存在了两种速度敏感的拉曼激光作用形式，而对应这两种作用形式，同一个状态的粒子会分别获得相反的动量，利用其中对射激光的不同组合对粒子作用产生的动量增量方向不同，来实现对粒子的反向作用，从而相较于现有技术，在不用增加任何硬件条件的情况下实现激光反向作用。
本领域技术人员知晓，实现激光反向作用能够有好的效果，需要对高频激光分量和低频激光分量进行稳频和锁相，以较好地实现激光系统对激光频率和相位的要求。
因而可选地，激光反向作用装置10还包括：激光稳频单元和/或激光锁相单元；激光稳频单元用于稳定所述高频激光分量和低频激光分量的频率；激光锁相单元用于锁定所述高频激光分量和低频激光分量的相位。
具体的，稳频方法可以采用激光窄线宽稳频技术进行稳频等方法；锁相方法可以采用锁模激光器等，本发明对此不作限制。
本领域技术人员知晓，实现激光反向作用中的两种作用形式分别为：由高频激光分量和低频反射激光分量构成的第一种拉曼激光作用形式，以及由低频激光分量和高频反射激光分量构成的第二种拉曼激光作用形式；通过利用两种作用形式，使得同一状态的粒子能够分别获得相反的动量，因而需要对两种作用形式进行控制选择。
可选地，激光反向作用装置10还包括：频差控制单元，用于控制所述高频激光分量和低频激光分量之间的频率的差值。
粒子模块11提供的粒子的种类可以为中子、原子等粒子种类，每种粒子的自身尺寸不同，本领域技术人员知晓，针对不同种类的粒子，采用合适的光束尺寸，防止因光束尺寸过大或者过小而给予粒子非必要的动量，能够得到更好的激光反向作用的效果。
可选地，粒子模块11包括：真空环境单元，用于使所述粒子处于真空环境。
采用两组对射激光作用的形式以使粒子产生相反动量，就需要使得粒子处于不影响激光作用的环境当中，具体的，在真空环境中，激光的作用效果较好，能够保证两组对射激光的作用形式，实现较好的激光反向作用的效果。
为了使本领域技术人员更容易理解本发明实施例提供的实现激光方向装置，请参考图2，图2为本发明实施例提供的一种实现激光反向作用的情景示意图。在所示情景示意图中，由激光光源(对应于上述激光发生单元)21发出高频激光分量和低频激光分量进入激光频差控制装置(对应于上述频差控制单元)22，由激光频差控制装置22调整控制高频激光分量和低频激光分量的频率的差值，进而通过激光传导器23进入准直扩束装置(对应于上述扩束单元)24，激光传导器23在本实施例中用于将高频激光分量和低频激光分量送入所述准直扩束装置24，根据粒子系统(对应于上述粒子模块)25中的粒子种类或半径等信息，由准直扩束装置24调整控制高频激光分量和低频激光分量的光束直径，之后高频激光分量和低频激光分量通过粒子系统25后到达反射镜(对应于上述反射单元)26，经反射形成高频反射激光分量和低频反射激光分量，高频反射激光分量和低频反射激光分量经过粒子系统25时，即在粒子系统25处形成高频激光分量和低频反射激光分量、低频激光分量和高频反射激光分量两两对射的拉曼激光空间场，进而利用粒子多普勒速度效应，实现拉曼激光反向作用。
本发明实施例还提供一种激光反向作用的方法，请参考图3，图3为本发明实施例提供一种激光反向作用方法的流程示意图，方法包括：
步骤S101：激光发生步骤，向粒子发射两束在空间上完全重合且传播方向相同的高频激光分量和低频激光分量；
步骤S102：激光反射步骤，垂直反射所述高频激光分量和低频激光分量，以形成与所述高频激光分量和低频激光分量在空间上完全重合且传播方向相反的拉曼激光空间场；
其中，所述粒子为反向作用的对象，利用其中对射激光的不同组合对粒子作用产生的动量增量方向不同，来实现对粒子的反向作用，。
可选地，激光发生步骤还包括：激光稳频步骤，稳定所述高频激光分量和低频激光分量的频率；和/或激光锁相步骤，锁定所述高频激光分量和低频激光分量的相位。
可选地，激光发生步骤还包括：调整所述高频激光分量和低频激光分量的频差。
可选地，激光发生步骤还包括：根据所述粒子调整所述高频激光分量和低频激光分量的参数。
可选地，在所述激光发生步骤前，在激光发生步骤中，将所述粒子置于真空环境中。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块的一部分，所述模块的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光反向作用装置，其特征在于，所述装置包括：
粒子模块，用于提供作为反向作用对象的粒子；
激光发生单元，用于提供在空间上完全重合且传播方向相同的高频激光分量和低频激光分量；
反射单元，用于垂直反射所述高频激光分量和低频激光分量，以形成与所述高频激光分量和低频激光分量在空间上完全重合且传播方向相反的拉曼激光空间场；
所述粒子模块位于所述激光发生单元与所述反射单元之间。
2.根据权利要求1所述的激光反向作用装置，其特征在于，所述装置还包括：激光稳频单元和/或激光锁相单元；
所述激光稳频单元用于稳定所述高频激光分量和低频激光分量的频率；所述激光锁相单元用于锁定所述高频激光分量和低频激光分量的相位。
3.根据权利要求1或2所述的激光反向作用装置，其特征在于，所述装置还包括：频差控制单元，用于调整所述高频激光分量和低频激光分量之间的频率的差值。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的激光反向作用装置，其特征在于，所述装置还包括：扩束单元，用于调整所述高频激光分量和低频激光分量的光束直径。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的激光反向作用装置，其特征在于，所述粒子模块包括：
真空环境单元，用于使所述粒子处于真空环境。
6.一种激光反向作用方法，其特征在于，所述方法包括：
激光发生步骤，向作为反向作用对象的粒子发射两束在空间上完全重合且传播方向相同的高频激光分量和低频激光分量；
激光反射步骤，垂直反射所述高频激光分量和低频激光分量，以形成与所述高频激光分量和低频激光分量在空间上完全重合且传播方向相反的拉曼激光空间场。
7.根据权利要求6所述所述的激光反向作用方法，其特征在于，所述激光发生步骤还包括：
激光稳频步骤，稳定所述高频激光分量和低频激光分量的频率；和/或激光锁相步骤，锁定所述高频激光分量和低频激光分量的相位。
8.根据权利要求6或7所述的激光反向作用方法，其特征在于，所述激光发生步骤还包括：调整所述高频激光分量和低频激光分量之间的频率的差值。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的激光反向作用方法，其特征在于，所述激光发生步骤还包括：调整所述高频激光分量和低频激光分量的光束直径。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的激光反向作用方法，其特征在于，在所述激光发生步骤中，将所述粒子置于真空环境中。
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