CN110336182B - 暗腔激光器 - Google Patents

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Abstract

本公开提供的一种暗腔激光器，包括：稳频激光输出设备和暗腔激光设备；其中，稳频激光输出设备用于产生激光，并对产生的激光进行稳频处理，以输出至暗腔激光设备并作为暗腔增益介质的泵浦光；暗腔激光设备包括主谐振腔，主谐振腔的腔体内部设置有暗腔激光增益介质‑碱金属原子气室；暗腔激光设备用于接收泵浦光，并通过主谐振腔的弱反馈在暗腔激光增益介质‑碱金属原子气室中的暗腔激光增益介质‑碱金属原子跃迁能级之间形成多原子相干受激辐射，以生成工作在主谐振腔完全非共振区的暗腔激光，该生成的暗腔激光相比于共振区激光具有更窄的输出线宽，并且其增益介质‑碱金属原子的能级位移为零，能够作为主动光钟适用于原子钟系统。

Description

暗腔激光器
技术领域
本公开涉及激光技术领域，尤其涉及一种暗腔激光器。
背景技术
原子钟作为能够输出量子频率标准、当今最精密的科学仪器设备，对促进时间秒的重新定义、卫星导航定位、精密科学测量、物理理论等领域的应用具有重要作用。特别的，基于优越的准确度和稳定度，光频跃迁作为参考谱线的光频原子钟(光钟)成为研究方向。
在现有技术中，光频原子钟大都基于传统的被动光钟技术，通用的方法是将激光器输出的激光频率稳定在精密设计的被动光学谐振腔(高精细度Fabry-Pérot干涉仪)上，以此实现更准确的共振频率，进而得到高度相干的光学频率标准(光频标)信号。一般的，为了实现准确的共振，激光频率必须严格稳定到超稳光学谐振腔的共振频率上，常用的方法是Pound-Derver-Hall(PDH)稳频技术。
但是，采用这样的方式首先需要较高反射率镀膜的谐振腔镜，其加工难度很大；其次需要保证腔共振频率的稳定，并且对影响共振频率的噪声免疫，其系统难度和复杂度均较高。
发明内容
针对上述提及的问题，本公开提供了一种暗腔激光器。
本公开提供的一种暗腔激光器，包括：稳频激光输出设备和暗腔激光设备；
其中，所述稳频激光输出设备用于产生激光，并对产生的激光进行稳频处理，以输出至所述暗腔激光设备并作为暗腔增益介质的泵浦光；
所述暗腔激光设备包括主谐振腔，所述主谐振腔的腔体内部设置有暗腔激光增益介质-碱金属原子气室；所述暗腔激光设备用于接收所述泵浦光，并通过所述主谐振腔的弱反馈在所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室中的暗腔激光增益介质-碱金属原子跃迁能级之间形成多原子相干受激辐射，以输出暗腔激光。
在其他可选示例中，所述主谐振腔的腔体内部还包括：用于调节所述主谐振腔腔长以改变所述主谐振腔的腔模频率的大位移量压电陶瓷、暗腔激光主动光钟谐振腔腔镜以及暗腔激光主谐振腔腔镜；
其中，所述泵浦光经过所述大位移量压电陶瓷和所述暗腔激光主动光钟谐振腔腔镜以进入所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室中，并在所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室进行谐振，以将生成的暗腔激光从暗腔激光主谐振腔腔镜输出。
在其他可选示例中，所述主谐振腔的腔体外部还依次设置有用于对所述主谐振腔进行加热并控温的加热保温装置以及用于减小外接磁场波动对增益介质-碱金属原子影响的磁屏蔽装置。
在其他可选示例中，所述稳频激光输出设备，包括：
泵浦激光源，用于产生激光；
泵浦激光源驱动电路，用于驱动泵浦激光源输出所述激光；
用于防止光反馈的光隔离器，用于接收所述激光，并将隔离后的激光输出；
第一半波片和第一偏振分光棱镜，用于对所述隔离后的激光的透射光和反射光的强度进行调节，并将调节后的透射光作为所述暗腔增益介质的泵浦光输出至所述暗腔激光设备，以及将调节后的反射光通过反射镜输出至调制转移谱稳频模块；
所述调制转移谱稳频模块，用于对所述调节后的反射光进行调制解调，获取调制转移谱信号，并将所述调制转移谱信号输出至伺服反馈电路；
所述伺服反馈电路，用于根据所述调制转移谱信号，控制所述泵浦激光源，以使得所述泵浦激光源产生的激光频率锁定在所述暗腔激光增益介质-碱金属原子的跃迁谱线上。
具体的，所述暗腔激光增益介质-碱金属原子的跃迁谱线可以为铯、铷、钾等碱金属原子相应的跃迁谱线。
在其他可选示例中，所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室充入纯铯原子，或者所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室充入铷原子和缓冲气体。
在其他可选示例中，所述缓冲气体为惰性气体。
在其他可选示例中，当所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室中充入的是所述纯铯原子，所述泵浦激光源产生的激光频率锁定在所述暗腔激光增益介质-碱金属原子的跃迁谱线为铯原子455nm或459nm的跃迁谱线。
在其他可选示例中，所述泵浦激光源驱动电路，还用于改变所述大位移量压电陶瓷的驱动电压，以实现所述主谐振腔腔模频率的改变。
在其他可选示例中，所述大位移量压电陶瓷的位移量大于输出的暗腔激光的波长的一半。
在其他可选示例中，所述主谐振腔包括单晶硅或微晶玻璃。
本公开提供的暗腔激光器包括稳频激光输出设备和暗腔激光设备；其中，所述稳频激光输出设备用于产生激光，并对产生的激光进行稳频处理，以输出至所述暗腔激光设备并作为暗腔增益介质的泵浦光；所述暗腔激光设备包括主谐振腔，所述主谐振腔的腔体内部设置有暗腔激光增益介质-碱金属原子气室；所述暗腔激光设备用于接收所述泵浦光，并通过所述主谐振腔的弱反馈在所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室中的暗腔激光增益介质-碱金属原子跃迁能级之间形成多原子相干受激辐射，以输出暗腔激光。通过采用上述结构的暗腔激光器，能够生成工作在主谐振腔完全非共振区的暗腔激光，该生成的暗腔激光相比于共振区激光具有更窄的输出线宽，并且其增益介质-碱金属原子的能级位移为零，能够作为主动光钟适用于原子钟系统。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的示例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1为本公开一示例提供的暗腔激光的工作原理示意图；
图2为本公开一示例提供的暗腔激光器的结构示意图；
图3为本公开另一示例提供的暗腔激光器的结构示意图。
通过上述附图，已示出本公开明确的示例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定示例为本领域技术人员说明本公开的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性示例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性示例中所描述的示例并不代表与本公开相一致的所有示例。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
下面可以参考附图描述本公开各示例。因此，本领域普通技术人员将认识到，在不背离本公开的范围和精神的情况下，可以对本文描述的各示例进行各种改变、等同和/或替换。在附图描述中，相似的组件可以用相似的附图标记来表示。
本公开中，表述“具有”、“可以具有”、“包括”和“包含”、或者“可以包括”和“可以包含”在本文中可以用于指示存在对应的特征(例如，诸如数值、功能、操作或组件等元素)，但不排除附加特征的存在。
本公开中，这里使用的表述“A或B”、“A和/或B中的至少一个”、或者“A和/或B中的一个或多个”等可以包括相关列出项中一个或多个的所有组合。例如，术语“A或B”、“A和B中的至少一个”、“A或B中的至少一个”可指代以下所有情况：(1)包括至少一个A，(2)包括至少一个B，(3)包括至少一个A和至少一个B。
本公开中使用的术语用于描述本公开示例的目的，而不是为了限制本公开的范围。除非另有指示，否则单数形式的术语可以包括复数形式。除非本文另有定义，本文使用的所有术语(含技术或科学术语)可以具有本领域技术人员通常理解的相同含义。还要理解的是，词典中定义或常用的术语也应被解释为相关技术的惯用方式，而不应理想化或过于正式使用，除非在本公开各示例中明确如此定义。在一些情况下，即使术语是在本公开中定义的术语，该术语也不应解释为排除本公开的示例。
原子钟作为能够输出量子频率标准、当今最精密的科学仪器设备，对促进时间秒的重新定义、卫星导航定位、精密科学测量、物理理论(爱因斯坦相对论中时间延缓效应)验证、火山监测、量子模拟、深度绘测、引力测量等领域的应用具有重要作用。特别的，由于以光频跃迁作为参考谱线的光频原子钟(光钟)，比用微波跃迁作为参考谱线的微波原子钟能够实现更优越的准确度和稳定度，而且飞秒光梳的迅速推广使得光学频率标准(光频标)信号光频标的应用变为现实，因此，因此近年来国内外对光钟的研究火热，研究成果不断更新。
目前实现光频标大都基于传统的被动光钟技术，通用的方法是将激光器输出频率稳定在精密设计的被动光学谐振腔(高精细度Fabry-Pérot干涉仪)上，以此实现更准确的共振频率，进而得到高度相干的光频标信号。
但是，采用上述方式获取光频标信号，激光频率必须严格稳定到超稳光学谐振腔的共振频率上，常用的方法是Pound-Derver-Hall(PDH)稳频技术，首先，需要高反射率镀膜的谐振腔镜，以达到106乃至更高量级精细度的Fabry-Pérot(F-P)谐振腔，这大大增加了加工难度；其次，需要保证腔共振频率很稳定，并且对影响共振频率的噪声免疫，现有技术中通过选取具有超低热膨胀系数的单晶硅或微晶玻璃作为光学谐振腔的腔体材料，同时将光学谐振腔放置在超低温环境，但这些措施不能从根本上解决谐振腔腔长度热噪声问题，而且增加了系统难度和复杂度。
为了克服传统被动光钟稳频技术中存在的超稳光学谐振腔热噪声问题，提出了主动光钟的概念，主动光钟通过腔模线宽小于增益线宽的光学谐振腔的弱反馈在原子跃迁能级之间形成多原子相干受激辐射的新型坏腔激光，理论上可实现毫赫兹量子极限线宽激光；在原理上利用了原子之间弱耦合协作受激行为，利用量子参考系统受激辐射直接输出钟跃迁信号，其输出线宽可远远小于传统激光器输出激光的线宽，同时，激光的中心频率决定于量子跃迁频率而非腔模中心频率，可以有效抑制腔牵引效应，使得激光输出频率受腔热噪声的影响明显减小，突破传统被动光钟PDH稳频系统的热噪声极限。
但是无论是传统的被动光钟还是主动光钟，输出的光频标都工作在谐振腔腔模共振区附近，没有对应腔模的完全非共振区的输出，本发明首次定义了暗腔激光与实现条件：激光介质的增益频率处在两个相邻腔模的正中心频率处，即腔反馈较低处的谐振腔非共振区，也就是我们定义的“暗腔”，因为此处谐振腔的腔内光场不仅没有形成共振加强，反而是谐振腔左右两个镜面的反射光场相位基本反相，形成了对腔内光场的削弱，变暗；暗腔激光也具有腔模线宽，并且本发明在此定义暗腔激光(即谐振腔非共振区)的腔模线宽叫暗腔模线宽Γdark与谐振腔腔模线宽Γcavity之和正好等于谐振腔的一个自由光谱范围FSR，既满足Γdark＝FSR-Γcavity；暗腔激光的Γdark要大于激光介质增益线宽Γgain，即Γdark>Γgain；和所有激光一样需要满足的激射条件是：暗腔激光(谐振腔非共振区)的增益大于光学谐振腔内所有损耗之和。
按照上述定义，暗腔激光的工作原理如图1所示。其中1为谐振腔的自由光谱范围，2为谐振腔腔模线型，3为处于谐振腔非共振区的增益线型，即暗腔激光的增益线型。
根据激光介质增益线宽Γgain与谐振腔腔模线宽Γcavity的大小划分，暗腔激光既可以和传统激光器一样工作在好腔区域(Γcavity≤Γgain)，也可以工作在坏腔区域(Γcavity＞Γgain)，工作在坏腔区域的暗腔激光对谐振腔长度抖动有很好的噪声免疫特性，通过改变谐振腔腔镜反射率调节腔模线宽与增益线宽的比值，可以将暗腔激光从坏腔区域过渡到好腔区域，使高精细度的F-P腔同样具备腔牵引抑制特性，解决目前光学谐振腔对极低温工作条件、超低热膨胀系数材料和超高反射率光学腔镜的高要求难题。
图2为本公开一示例提供的暗腔激光器的结构示意图。如图2所示，该暗腔激光器包括稳频激光输出设备201和暗腔激光设备202。
其中，所述稳频激光输出设备201用于产生激光，并对产生的激光进行稳频处理，以输出至所述暗腔激光设备202并作为暗腔增益介质的泵浦光；
所述暗腔激光设备202包括主谐振腔2021，所述主谐振腔2021的腔体内部设置有暗腔激光增益介质-碱金属原子气室2022；所述暗腔激光设备202用于接收所述泵浦光，并通过所述主谐振腔2021的弱反馈在所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室2022中的暗腔激光增益介质-碱金属原子跃迁能级之间形成多原子相干受激辐射，以输出暗腔激光。
作为可选的示例，所述主谐振腔2021包括单晶硅或微晶玻璃。具体来说，为了减小外界温度变化带来的暗腔激光主谐振腔腔长的改变，主谐振腔2021的腔体材料采用热膨胀系数小的材料，例如单晶硅或微晶玻璃。另外在设计主谐振腔2021镀膜参数时，相比于传统的被动光钟光学谐振腔，主动光钟的谐振腔精细度可以极低，从而使激光工作在坏腔区域。
在本示例中，所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室2022充入纯铯原子，或者所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室2022充入铷原子和缓冲气体。具体来说，暗腔激光增益介质-碱金属原子气室2022充入纯铯原子，是因为铯原子在计量学领域中具有非常突出的地位，1秒即定义为不受干扰的铯133原子基态两个超精细之间跃迁辐射的919731770个周期持续的时间，即铯原子钟是时间基准，无论是生活还是科学研究中使用的秒、分、小时都要追溯到这一基本时间单位上去。当然，暗腔激光增益介质-碱金属原子气室2022除了充入纯铯原子外，还可以是铷、钾和钠中的一种，缓冲气体采用惰性气体，如氩、氪或氙。
本示例中，暗腔激光增益介质-碱金属原子气室2022可以为玻璃泡，其中，玻璃泡为圆柱形壳体，两端面平整，不会引起激光光斑的变形。
相应的，当所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室2022中充入的是纯铯原子，所述稳频激光输出设备201的激光频率锁定在所述暗腔激光增益介质-碱金属原子的跃迁谱线为铯原子455nm或459nm的跃迁谱线。作为暗腔增益介质的纯铯原子，通过主谐振腔的弱反馈在铯原子跃迁能级之间形成多原子相干受激辐射，输出暗腔激光。
本公开提供的暗腔激光器包括稳频激光输出设备和暗腔激光设备；其中，所述稳频激光输出设备用于产生激光，并对产生的激光进行稳频处理，以输出至所述暗腔激光设备并作为暗腔增益介质的泵浦光；所述暗腔激光设备包括主谐振腔，所述主谐振腔的腔体内部设置有暗腔激光增益介质-碱金属原子气室；所述暗腔激光设备用于接收所述泵浦光，并通过所述主谐振腔的弱反馈在所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室中的暗腔激光增益介质-碱金属原子跃迁能级之间形成多原子相干受激辐射，以输出暗腔激光。通过采用上述结构的暗腔激光器，能够生成工作在主谐振腔完全非共振区的暗腔激光，该生成的暗腔激光相比于共振区激光具有更窄的输出线宽，并且其增益介质-碱金属原子的能级位移为零，能够作为主动光钟适用于原子钟系统。
图3为本公开另一示例提供的暗腔激光器的结构示意图。如图3所示，该暗腔激光器30包括稳频激光输出设备301和暗腔激光设备302，所述暗腔激光设备302包括主谐振腔3021，主谐振腔3021的腔体内部设置有暗腔激光增益介质-碱金属原子气室3022。
其中，所述稳频激光输出设备301包括：泵浦激光源3011、泵浦激光源驱动电路3012、用于防止光反馈的光隔离器3013、第一半波片3014、第一偏振分光棱镜3015、调制转移谱稳频模块3016以及伺服反馈电路3017。
本示例中，泵浦激光源3011，用于产生激光；可采用超窄线宽干涉滤光片外腔半导体激光器。
泵浦激光源驱动电路3012，用于驱动泵浦激光源3011输出所述激光；泵浦激光源驱动电路3012通过泵浦激光源3011的工作温度和电流。
光隔离器3013，用于接收所述激光，并将隔离后的激光输出。
第一半波片3014和第一偏振分光棱镜3015，用于对所述隔离后的激光的透射光和反射光的强度进行调节，并将调节后的透射光作为所述暗腔增益介质的泵浦光输出至所述暗腔激光设备302，以及将调节后的反射光通过反射镜3018输出至调制转移谱稳频模块3016。
调制转移谱稳频模块3016，用于对所述调节后的反射光进行调制解调，获取调制转移谱信号，并将所述调制转移谱信号输出至伺服反馈电路3017。
伺服反馈电路3017，用于根据所述调制转移谱信号，控制所述泵浦激光源3011，以使得所述泵浦激光源3011产生的激光频率锁定在所述暗腔激光增益介质-碱金属原子的跃迁谱线上。
具体的，所述暗腔激光增益介质-碱金属原子的跃迁谱线可为铯、铷、钾等碱金属原子相应的跃迁谱线。
本示例中，泵浦激光源驱动电路3012驱动泵浦激光源3011输出激光，激光首先经过光隔离器3013防止光反馈，再经过第一半波片3014和第一偏振分光棱镜3015，并通过旋转第一半波片3014与第一偏振分光棱镜3015之间的角度调节透射光和反射光的强度，强的透射光用于主谐振腔3021中的纯铯原子输出暗腔激光，弱的反射光输入到调制转移谱稳频模块3016，得到高性能的调制调制转移谱信号，调制调制转移谱信号通过伺服反馈电路3017反馈回泵浦激光源3011，从而使得泵浦激光源3011输出的激光频率锁定在铯原子455nm或459nm的跃迁谱线上，进一步的说，当泵浦激光源3011激光的输出波长为455nm时，泵浦激光源3011产生的激光频率通过伺服反馈电路3017锁定在铯原子基态6S1/2到第二激发态7P3/2的跃迁谱线上；当泵浦激光源3011激光的输出波长为459nm时，泵浦激光源3011产生的激光频率通过伺服反馈电路3017锁定在铯原子基态6S1/2到第二激发态7P1/2的跃迁谱线上。通过以上方式实现了暗腔激光主动光钟的泵浦光源激光的稳频。
作为其他可选示例，主谐振腔3021的腔体内部还包括：用于调节所述主谐振腔3021腔长以改变所述主谐振腔3021的腔模频率的大位移量压电陶瓷3023、暗腔激光主动光钟谐振腔腔镜3024以及暗腔激光主谐振腔腔镜3025。
其中，所述泵浦光经过所述大位移量压电陶瓷3023和所述暗腔激光主动光钟谐振腔腔镜3024以进入所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室3022中，并在所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室3022进行谐振，以将生成的暗腔激光从暗腔激光主谐振腔腔镜3025输出。
本示例中，大位移量压电陶瓷3023的位移量应尽量大，以满足暗腔激光的腔模频率改变量大于一个自由光谱范围FSR的要求，作为可选的示例，大位移量压电陶瓷的位移量大于输出的暗腔激光的波长的一半。进一步的，大位移量压电陶瓷的位移改变量可大于0.735微米
本示例中，暗腔激光主动光钟谐振腔腔镜3024可设置为平面镜，暗腔激光主谐振腔腔镜3025可设置为平凹镜；并且暗腔激光主动光钟谐振腔腔镜3024和暗腔激光主谐振腔腔镜3025可以内嵌于一体化的主谐振腔3021中，以增加谐振腔的机械稳定性。
作为其他可选实施例，所述泵浦激光源驱动电路3012，还用于改变所述大位移量压电陶瓷3023的驱动电压，以实现所述主谐振腔3021腔模频率的改变。
作为其他可选示例，主谐振腔3021的腔体外部还依次设置有用于对所述主谐振腔3021进行加热并控温的加热保温装置3026以及用于减小外接磁场波动对增益介质-碱金属原子影响的磁屏蔽装置3027。
本示例中，主谐振腔3021的腔体外部设置加热保温装置3026，使铯原子温度稳定在在90℃±0.01℃，减小原子与原子碰撞以及原子与原子气室碰撞导致的频移与增宽；加热保温装置3026外面设置磁屏蔽装置3027，减小外部磁场波动引起的塞曼频移与展宽，磁屏蔽装置3027可以为盒装结构，将主谐振腔3021置于盒中，磁屏蔽装置3027可以采用三层坡莫合金制造。
本示例的工作原理：暗腔激光的增益介质，即放置在玻璃泡气室中的碱金属原子，工作在腔反馈较低处的谐振腔非共振区，该条件可以通过调节大位移量压电陶瓷片，使原子跃迁频率处在两个相邻腔模的正中心频率附近满足，从而符合本发明所定义的“暗腔”，因为在此腔模频率处，增益原子在谐振腔内的受激辐射光场不仅没有形成共振加强，反而是由于谐振腔左右两个镜面的反射光场相位基本反相，形成了对腔内暗腔激光增益原子受激辐射光场的削弱，变暗。同样地按照本发明对暗腔激光的定义，暗腔激光主谐振腔腔镜和暗腔激光主谐振腔腔镜形成了暗腔激光的“暗腔”，此暗腔激光(即谐振腔非共振区)的腔模线宽，即暗腔模线宽Γdark与谐振腔腔模线宽Γcavity之和正好等于谐振腔的一个自由光谱范围FSR，既满足Γdark＝FSR–Γcavity，具体地，暗腔模线宽Γdark应大于放置在玻璃泡气室中作为暗腔激光增益介质的原子的增益线宽Γgain，即Γdark>Γgain；最后暗腔激光(谐振腔非共振区)的增益大于光学谐振腔内所有损耗之和，即满足受激辐射的激射条件。
本示例的实现过程如下：
1)将作为暗腔激光增益介质的碱金属原子或碱金属原子和缓冲气体充入玻璃泡中，将玻璃泡置于主谐振腔内，并通过加热保温装置在主谐振腔外部进行加热并控温，在最外层放置磁屏蔽装置，隔绝外界磁场波动对增益介质的影响；
2)泵浦激光源驱动电路驱动泵浦激光源输出激光，首先经过光隔离器防止光反馈，再经过第一半波片和第一偏振分光棱镜，旋转第一半波片与第一偏振分光棱镜之间的角度可以调节透射光和反射光的强度，强透射光作为暗腔激光增益介质的泵浦光，弱反射光输入到调制转移谱稳频模块，得到高性能的调制调制转移谱信号，调制调制转移谱信号通过伺服反馈电路反馈回激光器的控制器和激光头，从而将激光器的激光频率锁定在原子的跃迁谱线上。以上步骤实现了暗腔激光泵浦光的稳频。
3)步骤2)中经过第一偏振分光棱镜的透射光经调制转移谱稳频后，泵浦作为暗腔激光增益介质的碱金属原子，通过主谐振腔的弱反馈在碱金属原子跃迁能级之间形成多原子相干受激辐射，输出暗腔激光。
为了实现暗腔激光的输出，可以增加原子数密度，给碱金属原子加热，加热温度根据输出的暗腔激光功率确定，一般选择输出功率最大的温度点并控温。
本公开提供的暗腔激光器包括稳频激光输出设备和暗腔激光设备；其中，所述稳频激光输出设备，包括：泵浦激光源，用于产生激光；泵浦激光源驱动电路，用于驱动泵浦激光源输出所述激光；用于防止光反馈的光隔离器，用于接收所述激光，并将隔离后的激光输出；第一半波片和第一偏振分光棱镜，用于对所述隔离后的激光的透射光和反射光的强度进行调节，并将调节后的透射光作为所述暗腔增益介质的泵浦光输出至所述暗腔激光设备，以及将调节后的反射光通过反射镜输出至调制转移谱稳频模块；
所述调制转移谱稳频模块，用于对所述调节后的反射光进行调制解调，获取调制转移谱信号，并将所述调制转移谱信号输出至伺服反馈电路；所述伺服反馈电路，用于根据所述调制转移谱信号，控制所述泵浦激光源，以使得所述泵浦激光源产生的激光频率锁定在所述暗腔激光增益介质-碱金属原子的跃迁谱线上。其中，暗腔激光增益介质-碱金属原子的跃迁谱线具体可为铯、铷、钾等碱金属原子相应的跃迁谱线。
所述主谐振腔的腔体内部还包括：用于调节所述主谐振腔腔长以改变所述主谐振腔的腔模频率的大位移量压电陶瓷、暗腔激光主动光钟谐振腔腔镜以及暗腔激光主谐振腔腔镜；其中，所述泵浦光经过所述大位移量压电陶瓷和所述暗腔激光主动光钟谐振腔腔镜以进入所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室中，并在所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室进行谐振，以将生成的暗腔激光从暗腔激光主谐振腔腔镜输出。所述主谐振腔的腔体外部还依次设置有用于对所述主谐振腔进行加热并控温的加热保温装置以及用于减小外接磁场波动对增益介质-碱金属原子影响的磁屏蔽装置。通过采用上述结构的暗腔激光器，能够生成工作在主谐振腔完全非共振区的暗腔激光，该生成的暗腔激光相比于共振区激光具有更窄的输出线宽，并且其增益介质-碱金属原子的能级位移为零，能够作为主动光钟适用于原子钟系统。
可选的，在一些场景中，需要标定输出的暗腔激光的功率。作为可选的实施例，本公开还包括第二半波片、第二偏振分光棱镜以及光电探测器。通过改变大位移量压电陶瓷的驱动电压，或给大位移量压电陶瓷的控制器外加调制信号，调节暗腔激光主谐振腔腔长，从而改变主谐振腔腔模频率，并在不同的腔模频率下记录输出暗腔激光的功率，暗腔激光经第二半波片与第二偏振分光棱镜后，透射光入射到光电探测器上，将光电探测器上的电压值转换成暗腔激光的功率值，对功率进行标定。
其中，腔模频率的变化范围必须大于谐振腔的一个自由光谱范围，将主谐振腔暗腔激光光强透过率与描述F-P腔透过率的Airy函数进行拟合并比较，标定主谐振腔的共振区以及非共振区，工作在主谐振腔非共振区的激光即为暗腔激光。基于新型暗腔激光的主动光钟。
可选的，在一些场景中需要选择最好的暗腔激光工作条件。可以通过在不同泵浦光功率以及不同增益原子密度下，测量暗腔激光在不同腔模频率下的输出功率，研究工作在共振区以及非共振区的激光特性，进而选择最好的暗腔激光工作条件。
当确定出最好的暗腔激光工作条件时，将暗腔激光经双色镜反射，通过主谐振腔后剩余的泵浦激光经双色镜透射，暗腔激光经双色镜反射，通过改变暗腔激光主谐振腔的腔长改变腔模频率，以测量在不同腔模频率下的暗腔激光主动光钟的腔牵引抑制系数，进而证明暗腔激光相比于传统的好腔激光具有腔牵引抑制优势。
暗腔激光与测试性能用的参考窄线宽激光系统出来的激光在拍频测试模块中合束并拍频，通过改变暗腔激光主谐振腔的腔长改变腔模频率，测量不同腔模频率处的拍频线宽，进而得到不同腔模频率下的暗腔激光线宽，将非共振区与共振区激光线宽进行比较，证明非共振区的暗腔激光线宽相比于共振区没有明显的展宽；
通过改变暗腔激光主谐振腔的腔镜反射率以及腔长，改变腔模线宽与原子增益线宽的比值，将以上步骤实现的工作在坏腔区域的暗腔激光过渡到好腔区域，研究激光器增益线宽大于腔模线宽的情况下，好腔区域对应腔模非共振区，即暗腔激光的腔牵引抑制特性。
虽然在此说明了本公开的示例性示例，本公开并不限于在此所述的各种优选示例，而是包括根据本公开将被本领域的人员理解的具有等同要素的任何和所有的示例、修改、省略、结合(例如，所有各种示例的方面)、改变和/或替换。权利要求中的限制将根据权利要求中所采用的术语进行广泛的解释，且并不局限于在本说明书中或在本申请的过程期间说明的示例，所述示例解释为非排它性的。例如，在本公开中，术语“优选地”是非排它性的，其表示“优选地，但并不限于”。在本公开中并且在本申请的过程期间，装置加功能或步骤加功能的限制将仅仅用于以下情况，对于特定的权利要求限制，在该限制中所有以下条件存在：a)清楚地陈述了“用于...的装置”或“用于...的步骤”；b)清楚地陈述了相应的功能；以及c)没有陈述结构、支持该结构的材料或行为。在本公开中并且在本申请的过程期间，术语“本公开”或“发明”可用作表示本公开中的一个方面或多个方面。术语本公开或发明不应被不正确地解释为限制，不应被不正确地解释为应用所有方面或示例(也就是，应理解，本公开具有多个方面和示例)，且不应被不正确地解释为限制申请或权利要求的范围。在本公开中并且在本申请的过程期间，术语“示例”可用于说明任何方面、特征、过程或步骤、它们的任何组合和/或它们的任何部分等。在一些示例中，各种示例可包括重叠的特征。在本公开中并且在本申请的过程期间，可利用以下简写术语：表示“例如”的“e.g.”和表示“注意”的“NB”。
最后应说明的是：以上各示例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各示例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各示例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各示例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种暗腔激光器，其特征在于，包括：稳频激光输出设备和暗腔激光设备；
其中，所述稳频激光输出设备用于产生激光，并对产生的激光进行稳频处理，以输出至所述暗腔激光设备并作为暗腔激光增益介质-碱金属原子的泵浦光；
所述暗腔激光设备包括主谐振腔，所述主谐振腔的腔体内部设置有暗腔激光增益介质-碱金属原子气室；所述暗腔激光设备用于接收所述泵浦光，并通过所述主谐振腔的弱反馈在所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室中的暗腔激光增益介质-碱金属原子跃迁能级之间形成多原子相干受激辐射，以输出暗腔激光；
其中，所述暗腔是指谐振腔完全非共振区。
2.根据权利要求1所述的暗腔激光器，其特征在于，所述主谐振腔的腔体内部还包括：用于调节所述主谐振腔腔长以改变所述主谐振腔的腔模频率的大位移量压电陶瓷、暗腔激光主动光钟谐振腔腔镜以及暗腔激光主谐振腔腔镜；
其中，所述泵浦光经过所述大位移量压电陶瓷和所述暗腔激光主动光钟谐振腔腔镜以进入所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室中，并在所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室进行谐振，以将生成的暗腔激光从暗腔激光主谐振腔腔镜输出。
3.根据权利要求2所述的暗腔激光器，其特征在于，所述主谐振腔的腔体外部还依次设置有用于对所述主谐振腔进行加热并控温的加热保温装置以及用于减小外接磁场波动对暗腔激光增益介质-碱金属原子影响的磁屏蔽装置。
4.根据权利要求2或3所述的暗腔激光器，其特征在于，所述稳频激光输出设备，包括：
泵浦激光源，用于产生激光；
泵浦激光源驱动电路，用于驱动泵浦激光源输出所述激光；
用于防止光反馈的光隔离器，用于接收所述激光，并将隔离后的激光输出；
第一半波片和第一偏振分光棱镜，用于对所述隔离后的激光的透射光和反射光的强度进行调节，并将调节后的透射光作为所述暗腔激光增益介质-碱金属原子的泵浦光输出至所述暗腔激光设备，以及将调节后的反射光通过反射镜输出至调制转移谱稳频模块；
所述调制转移谱稳频模块，用于对所述调节后的反射光进行调制解调，获取调制转移谱信号，并将所述调制转移谱信号输出至伺服反馈电路；
所述伺服反馈电路，用于根据所述调制转移谱信号，控制所述泵浦激光源，以使得所述泵浦激光源产生的激光频率锁定在所述暗腔激光增益介质-碱金属原子的跃迁谱线上。
5.根据权利要求4所述的暗腔激光器，其特征在于，所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室充入纯铯原子，或者所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室充入铷原子和缓冲气体。
6.根据权利要求5所述的暗腔激光器，其特征在于，所述缓冲气体为惰性气体。
7.根据权利要求5所述的暗腔激光器，其特征在于，当所述暗腔激光增益介质-碱金属原子气室中充入的是所述纯铯原子，所述泵浦激光源产生的激光频率锁定在所述暗腔激光增益介质-碱金属原子的跃迁谱线为铯原子455nm或459nm的跃迁谱线。
8.根据权利要求4所述的暗腔激光器，其特征在于，所述泵浦激光源驱动电路，还用于改变所述大位移量压电陶瓷的驱动电压，以实现所述主谐振腔腔模频率的改变。
9.根据权利要求2所述的暗腔激光器，其特征在于，所述大位移量压电陶瓷的位移量大于输出的暗腔激光的波长的一半。
10.根据权利要求1所述的暗腔激光器，其特征在于，所述主谐振腔包括单晶硅或微晶玻璃。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6713643B2 (ja) * 2018-12-07 2020-06-24 日本航空電子工業株式会社 原子線コリメーション方法、原子線コリメーター、原子干渉計、原子ジャイロスコープ
CN112736634B (zh) * 2021-01-12 2024-05-07 中国人民解放军国防科技大学 一种基于y型腔正交偏振激光器的一体化激光传感装置
CN113097854B (zh) * 2021-04-02 2022-09-30 温州激光与光电子协同创新中心 一种基于法拉第主动光钟的暗腔激光器及其实现方法
CN113285337B (zh) * 2021-04-28 2023-01-10 温州激光与光电子协同创新中心 一种基于中空光纤原子气室反共振激光器
CN113314933B (zh) * 2021-05-11 2022-08-16 温州激光与光电子协同创新中心 一种回音壁模式微腔反共振激光器
CN114204383B (zh) * 2021-11-24 2024-01-16 北京大学 一种基于主动激射的量子温度计及其实现方法
CN114498292B (zh) * 2022-01-24 2024-04-26 浙江法拉第激光科技有限公司 一种坏腔双频法拉第激光器
CN114665369A (zh) * 2022-03-09 2022-06-24 北京大学 一种单频窄线宽中波红外原子气室激光器及激光干涉仪
US11868095B2 (en) * 2022-03-15 2024-01-09 Wisconsin Alumni Research Foundation Alkali metal optical clock

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100491234C (zh) * 2004-04-26 2009-05-27 中国科学院光电技术研究所 一种光操纵原子制作纳米结构的方法及其装置
FR2895841B1 (fr) * 2006-01-04 2009-12-04 Oxxius Sa "dispositif laser a seuil reduit"
US20090296760A1 (en) * 2008-05-27 2009-12-03 Miao Zhu Optical Pumping Apparatus and Method to Reduce AC Stark Shift in Atomic Frequency Standards
GB201013321D0 (en) * 2010-08-06 2010-09-22 King S College London Method and apparatus for non-resonant background reduction in Coherent anti-strokes Raman Scattering (CARS) spectroscopy
CN102593694B (zh) * 2012-02-15 2013-12-04 北京大学 基于四能级量子系统的主动激光频率标准
JP5736325B2 (ja) * 2012-02-21 2015-06-17 株式会社日立製作所 光学装置
CN103414470B (zh) * 2013-07-29 2016-01-20 北京大学 增益介质与量子参考介质分离的主动光钟产生方法和装置
CN109270825B (zh) * 2018-10-12 2020-02-11 北京大学 一种基于二次锁腔技术的双波长好坏腔主动光钟及其实现方法
US10992098B2 (en) * 2018-12-05 2021-04-27 Epilog Corporation Method and apparatus for real time averaging of beam parameter variations
US20200194955A1 (en) * 2018-12-12 2020-06-18 Government Of The United States As Represented By The Secretary Of The Air Force Narrowband Pump module for Diode Pumped Alkali Vapors

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