CN112821179A - 光频梳产生装置及原子磁力计的光源稳频系统和方法 - Google Patents

光频梳产生装置及原子磁力计的光源稳频系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112821179A
CN112821179A CN202011624881.6A CN202011624881A CN112821179A CN 112821179 A CN112821179 A CN 112821179A CN 202011624881 A CN202011624881 A CN 202011624881A CN 112821179 A CN112821179 A CN 112821179A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
optical
light source
comb
atomic magnetometer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011624881.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112821179B (zh
Inventor
蔡宾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Weici Technology Co ltd
Original Assignee
Beijing Weici Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Weici Technology Co ltd filed Critical Beijing Weici Technology Co ltd
Priority to CN202011624881.6A priority Critical patent/CN112821179B/zh
Publication of CN112821179A publication Critical patent/CN112821179A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112821179B publication Critical patent/CN112821179B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08013—Resonator comprising a fibre, e.g. for modifying dispersion or repetition rate
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/032—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/131—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光频梳产生装置，包括：可调谐激光器、微纳光纤和花生型谐振腔，可调谐激光器发射的激光经微纳光纤耦合进花生型谐振腔中并形成光频梳，其中，花生型谐振腔是通过将单模光纤两次熔融压缩制得，花生型谐振腔的轮廓呈轴对称，包括沿其轴向同轴设置的第一瓶状光学微腔和第二瓶状光学微腔，两者沿轴向部分重叠，以及，基于该光频梳产生装置的原子磁力计的光源稳频系统和方法。本发明的光频梳产生装置得到的光频梳梳齿间隔低至0.1～1GHz，且色散容易调节，基于该光频梳产生装置的原子磁力计的光源稳频系统和方法实现了高精度、高频率稳定性的原子磁力计光源输出。

Description

光频梳产生装置及原子磁力计的光源稳频系统和方法
技术领域
本发明涉及量子精密测量技术领域，具体是一种光频梳产生装置及原子磁力计的光源稳频系统和方法。
背景技术
原子磁力计在医疗器械、地质勘探、安全检测、军事国防等领域应用广泛，其光源输出频率的稳定性对于提高磁场探测灵敏度具有十分重要的研究意义和实用价值。目前广泛使用的稳频技术包括锁定到原子跃迁中心频率的兰姆凹陷稳频法、塞曼效应稳频法，锁定到原子或分子吸收线上的饱和吸收稳频、原子双向色性锁频，以及锁定到参考腔上的Pound-Drever-Hall(PDH)稳频法。这些稳频方法频率稳定度对环境要求高，容易受到温度、气压的影响，稳频效果不理想，频率稳定度约为10-14，难以继续提高。光频梳是一种由一系列等频率间隔的分量组成的光谱，具有广阔和稳定的光谱分布，由于其每一根梳齿都可以作为优异的频率参考，因此，通过将原子磁力计光源输出频率锁定到光频梳，可实现一定频率范围内激光器输出频率的稳定，频率稳定度可达10-18。现有的基于光频梳的频率稳定方法虽然具有较好的稳定性和复现性，但基于锁模激光器的光频梳产生装置结构复杂，体积大，不利于系统集成和实际应用，基于微纳光纤多圈型谐振腔的光频梳阈值功率高，经济性差。回音壁模式光学微腔是一种尺寸在微米量级的光学谐振腔，具有品质因子高、模式体积小、能量密度大等优点，是产生光频梳的理想载体，然而基于回音壁模式球状、盘状、微环芯、瓶状等谐振腔的光频梳梳齿间隔通常为10～100GHz，并且由于微腔直径的限制难以继续降低，较大的光频梳频率间隔降低了拍频信号的计算精度，增加了信号锁定和稳频难度。此外，这些微腔的模式色散不易调节，限制了光频梳有效频谱范围的进一步展宽，因此，迫切需要寻求一种新的光频梳产生方法及装置以解决现有问题。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种基于花生型谐振腔的光频梳产生装置，其得到的光频梳的梳齿间隔低至0.1～1GHz，且色散容易调节。
本发明还有一个目的是提供一种基于上述光频梳产生装置的原子磁力计的光源稳频系统和方法，其提高了稳频过程中拍频信号的计算精度，实现了高精度、高频率稳定性的原子磁力计光源输出。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种光频梳产生装置，包括：可调谐激光器、微纳光纤和花生型谐振腔，可调谐激光器发射的激光经微纳光纤耦合进花生型谐振腔中并形成光频梳，其中，
所述花生型谐振腔是通过将单模光纤两次熔融压缩制得，所述花生型谐振腔的轮廓呈轴对称，包括沿其轴向同轴设置的第一瓶状光学微腔和第二瓶状光学微腔，所述第一瓶状光学微腔和所述第二瓶状光学微腔沿轴向部分重叠。
优选的是，所述的光频梳产生装置，所述花生型谐振腔的径向长度范围125～200um，轴向长度范围500～800um。
本发明还提供了一种原子磁力计的光源稳频系统，包括可调谐激光器、微纳光纤、花生型谐振腔、光谱仪、准直器、两个λ/2波片、两个偏振分光棱镜、光电探测器、鉴相器、频率综合器、环路滤波器、波长计、原子磁力计电流源和原子磁力计光源，所述花生型谐振腔是通过将单模光纤两次熔融压缩制得，其中，
可调谐激光器发射的激光经微纳光纤耦合进花生型谐振腔中并形成光频梳，光频梳依次经准直器、一个λ/2波片进入偏振分光棱镜，同时，原子磁力计光源发射的激光入射到另一个偏振分光棱镜并分为两束，一束经另一个λ/2波片进入偏振分光棱镜，与光频梳进行合光后经光电探测器得到拍频信号，频率综合器用于产生一个频率信号并与拍频信号一起依次经鉴相器、环路滤波器到达原子磁力计电流源实现拍频信号的锁定，利用波长计得到光频梳产生拍频信号的梳齿次序，结合光谱仪测得光频梳的初始频率和频率间隔，以及拍频信号的频率，计算原子磁力计光源的输出频率，并得到与目标频率之间的差值，根据差值调节频率综合器输出的频率信号，以使原子磁力计光源稳定的输出目标频率。
优选的是，所述的原子磁力计的光源稳频系统，所述花生型谐振腔的轮廓呈轴对称，包括沿其轴向同轴设置的第一瓶状光学微腔和第二瓶状光学微腔，所述第一瓶状光学微腔和所述第二瓶状光学微腔沿轴向部分重叠。
优选的是，所述的原子磁力计的光源稳频系统，所述花生型谐振腔的径向长度范围125～200um，轴向长度范围500～800um。
优选的是，所述的原子磁力计的光源稳频系统，所述原子磁力计光源发射的激光所具有的输出频率始终处于所述花生型谐振腔得到的光频梳的光谱频率范围内。
本发明还提供了一种原子磁力计的光源稳频方法，包括如下步骤：步骤一、可调谐激光器发射的激光经花生型谐振腔得到光频梳，通过光谱仪测量并记录光频梳的初始频率以及频率间隔；
步骤二、光频梳依次经准直器、一个λ/2波片进入偏振分光棱镜，根据目标频率调节原子磁力计光源的输出频率，原子磁力计光源以该输出频率发射的激光经另一个偏振分光棱镜分为两束，一束经另一个λ/2波片进入偏振分光棱镜，与光频梳进行合光后经光电探测器得到拍频信号；
步骤三、利用鉴相器得到频率综合器产生的频率信号与拍频信号之间的误差，环路滤波器将该误差伺服输出至原子磁力计电流源，实现拍频信号的锁定；
步骤四、利用波长计得到光频梳产生拍频信号的梳齿次序，结合光谱仪测得光频梳的初始频率和频率间隔，以及拍频信号的频率，计算原子磁力计光源的输出频率；
步骤五、根据步骤四中的原子磁力计光源的输出频率与目标频率之间的差值，调节频率综合器输出的频率信号，实现原子磁力计光源稳定的输出目标频率。
优选的是，所述的原子磁力计的光源稳频方法，步骤一中通过调节可调谐激光器发射激光的输出波长和输出功率，当输出波长接近花生型谐振腔的谐振波长，并且输出功率大于模式损耗时，经花生型谐振腔得到光频梳。
优选的是，所述的原子磁力计的光源稳频方法，步骤四中原子磁力计光源的输出频率通过以下公式计算：f＝f0+N*frep+fbeat，其中，f0为光频梳的初始频率，frep为光频梳的频率间隔，fbeat为拍频信号的频率，N为光频梳产生拍频信号的梳齿次序。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明基于花生型谐振腔的光频梳产生装置的体积小、阈值功率低，可以通过改变微纳光纤与花生型谐振腔的轴向耦合位置调节模式色散，拓展光频梳频谱范围，并且可以通过增加谐振腔长度，即轴向尺寸，得到具有低自由光谱范围的轴向模式，实现低梳齿间隔(0.1～1GHz)光频梳的激发。
2、本发明通过在原子磁力计的光源稳频系统和方法中引入了基于花生型谐振腔的光频梳产生装置，利用该装置得到的光频梳梳齿间隔低，提高了稳频过程中拍频信号的计算精度。
3、本发明通过将原子磁力计光源的输出频率锁定在花生型谐振腔光频梳上，实现了高精度、高频率稳定性的原子磁力计光源输出。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的其中一个技术方案的光频梳产生装置俯视结构示意图；
图2为本发明的其中一个技术方案的光频梳产生装置侧视结构示意图；
图3为本发明的其中一个技术方案的花生型谐振腔的剖视结构示意图；
图4为本发明的其中一个技术方案的原子磁力计的光源稳频系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-图3所示，本发明提供了一种光频梳产生装置，包括：可调谐激光器1、微纳光纤2和花生型谐振腔3，可调谐激光器1发射的激光经微纳光纤2耦合进花生型谐振腔3中并形成光频梳，其中，
所述花生型谐振腔3是通过将单模光纤两次熔融压缩制得，所述花生型谐振腔3的轮廓呈轴对称，包括沿其轴向同轴设置的第一瓶状光学微腔和第二瓶状光学微腔，所述第一瓶状光学微腔和所述第二瓶状光学微腔沿轴向部分重叠。
较优的，所述花生型谐振腔的径向长度范围125～200um，轴向长度范围500～800um。
本发明基于花生型谐振腔的光频梳产生装置的体积小、阈值功率低，可以通过改变微纳光纤与花生型谐振腔的轴向耦合位置调节模式色散，拓展光频梳频谱范围，并且可以通过增加谐振腔长度，即轴向尺寸，得到具有低自由光谱范围的轴向模式，实现低梳齿间隔(0.1～1GHz)光频梳的激发。
如图4所示，本发明还提供了一种原子磁力计的光源稳频系统，包括可调谐激光器1、微纳光纤2、花生型谐振腔3、光谱仪4、准直器5、两个λ/2波片6、两个偏振分光棱镜7、光电探测器8、鉴相器9、频率综合器10、环路滤波器11、波长计14、原子磁力计电流源12和原子磁力计光源13，所述花生型谐振腔3是通过将单模光纤两次熔融压缩制得，其中，
可调谐激光器1发射的激光经微纳光纤2耦合进花生型谐振腔3中并形成光频梳，光频梳依次经准直器5、一个λ/2波片6进入偏振分光棱镜7，同时，原子磁力计光源13发出的激光入射到另一个偏振分光棱镜7，偏振分光棱镜7将光分为两束，一束经另一个λ/2波片6进入偏振分光棱镜7，与光频梳进行合光后经光电探测器8得到拍频信号，频率综合器10用于产生一个频率信号并与拍频信号一起依次经鉴相器9、环路滤波器11到达原子磁力计电流源12实现拍频信号的锁定，利用波长计14得到光频梳产生拍频信号的梳齿次序，结合光谱仪4测得光频梳的初始频率和频率间隔，以及拍频信号的频率，计算原子磁力计光源13的输出频率，并得到与目标频率之间的差值，根据差值调节频率综合器10输出的频率信号，以使原子磁力计光源13稳定的输出目标频率。此外，原子磁力计光源13发出的另一束激光依次经原子磁力计中的起偏器15、λ/4波片16、碱金属原子气室17入射到另一个光电探测器8，经前置放大电路18、锁相放大器19和信号处理器20处理后得到原子磁力计的外磁场。
较优的，所述原子磁力计光源发射的激光所具有的输出频率始终处于所述花生型谐振腔得到的光频梳的光谱频率范围内。
上述技术方案中，微纳光纤2是利用软化拉伸法将单模光纤通过拉锥机制得的直径为1～4μm的光纤，通过加热单模光纤中部使其软化，再拉伸单模光纤两端使软化部分逐渐变细长。花生型谐振腔3是由单模光纤经两次熔融压缩形成。花生型谐振腔3是一种回音壁模式光学微腔，具有能量密度大、品质因子高、模式体积小的优点，基于花生型谐振腔3的光频梳所需阈值功率低，并且通过改变微纳光纤的轴向耦合位置可以实现模式色散的调节，实现宽频谱范围光频梳的激发，此外，花生型谐振腔3较大的轴向尺寸可以得到具有低自由光谱范围的轴向模式，使得基于其产生的光频梳梳齿间隔低，提高了拍频信号计算精度。可调谐激光器1的输出波长和输出功率可调，通过调节上述参数，当输出波长接近花生型谐振腔3的谐振波长(花生型谐振腔3的谐振波长可以通过外接一个宽谱光源进行测量，调节可调谐激光器的输出波长时，输出波长连续增加的过程中就会先接近、再等于、直至大于谐振腔的谐振波长，在这个过程中会出现我们需要的光频梳，可以将此处的接近理解为比如0.1pm的范围)，并且输出功率大于模式损耗(模式损耗包括由于花生型谐振腔3表面不均匀性引起的散射损耗，由谐振腔材料分子共振引起的吸收损耗，以及由谐振腔表面弯曲引起的辐射损耗)时，经花生型谐振腔3得到光频梳，并利用光谱仪4得到花生型谐振腔3光频梳的初始频率以及频率间隔。光频梳经准直器5得到空间光，并经λ/2波片6改变偏振方向。原子磁力计光源13发射具有一定频率的激光，经另一个偏振分光棱镜7后分为两束，一束经λ/2波片6与光频梳在偏振分光棱镜7处合光，输入至光电探测器8得到拍频信号。频率综合器10产生一个频率信号，并与拍频信号一起输入至鉴相器9，得到二者的误差信号，误差信号经环路滤波器11伺服输出至原子磁力计电流源12，实现拍频信号的锁定。利用波长计14测得光频梳产生拍频信号的梳齿序数，结合光谱仪4测得光频梳的初始频率和频率间隔，以及拍频信号的频率(拍频信号的频率根据光电探测器8测得)，计算原子磁力计光源13的输出频率，基于输出频率与目标频率之间的差值，调节频率综合器10输出的频率信号，以使原子磁力计光源13稳定的输出目标频率。原子磁力计光源13发出的另一束光依次经起偏器15、λ/4波片16、碱金属原子气室17入射到光电探测器8，经前置放大电路18、锁相放大器19和信号处理器20处理后得到原子磁力计的外磁场。
本发明中提出的基于花生型谐振腔3的光频梳产生装置体积小、结构简单，易于与精密测量仪器等进行集成，并且阈值功率低，可在几毫瓦的泵浦功率下产生光频梳，并且通过调节微纳光纤与花生型谐振腔的轴向耦合位置，可以实现模式色散的方便调节，此外，利用本发明得到的光频梳梳齿间隔低，提高了稳频过程中拍频信号的计算精度。本发明通过将原子磁力计光源13的输出频率锁定在花生型谐振腔3光频梳上，实现了高精度、高频率稳定性的原子磁力计光源13输出，以及一定范围内输出频率的调节。
在另一技术方案中，所述花生型谐振腔的轮廓呈轴对称，包括沿其轴向同轴设置的第一瓶状光学微腔和第二瓶状光学微腔，所述第一瓶状光学微腔和所述第二瓶状光学微腔沿轴向部分重叠。
较优的，所述花生型谐振腔的径向长度范围125～200um，轴向长度范围500～800um。
本发明还提供了一种原子磁力计的光源稳频方法，包括如下步骤：步骤一、可调谐激光器1发射的激光经花生型谐振腔3得到光频梳，通过光谱仪4测量并记录光频梳的初始频率以及频率间隔；
步骤二、光频梳依次经准直器5、一个λ/2波片6进入偏振分光棱镜7，根据目标频率调节原子磁力计光源13的输出频率至与目标频率接近，原子磁力计光源13以该输出频率发射的激光经另一个偏振分光棱镜7分为两束，其中一束经另一个λ/2波片6进入偏振分光棱镜7，与光频梳进行合光后经光电探测器8得到拍频信号；
步骤三、利用鉴相器9得到频率综合器10产生的频率信号与拍频信号之间的误差，环路滤波器11将该误差伺服输出至原子磁力计电流源12，实现拍频信号的锁定；
步骤四、利用波长计14得到光频梳产生拍频信号的梳齿次序，结合光谱仪4测得光频梳的初始频率和频率间隔，以及拍频信号的频率，计算原子磁力计光源13的输出频率；
步骤五、根据步骤四中的原子磁力计光源13的输出频率与目标频率之间的差值，调节频率综合器10输出的频率信号，实现原子磁力计光源13稳定的输出目标频率。
此外，原子磁力计光源输出的另一束光依次经原子磁力计中的起偏器15、λ/4波片16、碱金属原子气室17入射到另一光电探测器8，经前置放大电路18、锁相放大器19和信号处理器20处理后得到原子磁力计的外磁场。
本发明中提出的基于花生型谐振腔3的光频梳产生装置体积小、结构简单，易于与精密测量等仪器进行集成，并且阈值功率低，可在几毫瓦的泵浦功率下产生光频梳，并且通过调节微纳光纤2与花生型谐振腔3的轴向耦合位置，可以实现模式色散的方便调节。此外，利用本发明得到的光频梳梳齿间隔低，提高了稳频过程中拍频信号的计算精度。本发明通过将原子磁力计光源13的输出频率锁定在花生型谐振腔3光频梳上，实现了高精度、高频率稳定性的原子磁力计光源13输出，以及一定范围内输出频率的调节。
在另一技术方案中，步骤一中通过调节可调谐激光器1发射激光的输出波长和输出功率，当输出波长接近花生型谐振腔3的谐振波长(花生型谐振腔3的谐振波长可以通过外接一个宽谱光源进行测量，调节可调谐激光器的输出波长时，输出波长连续增加的过程中就会先接近、再等于、直至大于谐振腔的谐振波长，在这个过程中会出现我们需要的光频梳，可以将此处的接近理解为比如0.1pm的范围)，并且输出功率大于模式损耗时，经花生型谐振腔3得到光频梳。模式损耗包括由于花生型谐振腔3表面不均匀性引起的散射损耗，由花生型谐振腔3材料分子共振引起的吸收损耗，以及由花生型谐振腔3表面弯曲引起的辐射损耗。
在另一技术方案中，步骤四中原子磁力计光源的输出频率通过以下公式计算：f＝f0+N*frep+fbeat，其中，f0为光频梳的初始频率，frep为光频梳的频率间隔，fbeat为拍频信号的频率，N为光频梳产生拍频信号的梳齿次序。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.光频梳产生装置，其特征在于，包括：可调谐激光器、微纳光纤和花生型谐振腔，可调谐激光器发射的激光经微纳光纤耦合进花生型谐振腔中并形成光频梳，其中，
所述花生型谐振腔是通过将单模光纤两次熔融压缩制得，所述花生型谐振腔的轮廓呈轴对称，包括沿其轴向同轴设置的第一瓶状光学微腔和第二瓶状光学微腔，所述第一瓶状光学微腔和所述第二瓶状光学微腔沿轴向部分重叠。
2.如权利要求1所述的光频梳产生装置，其特征在于，所述花生型谐振腔的径向长度范围125～200um，轴向长度范围500～800um。
3.原子磁力计的光源稳频系统，其特征在于，包括可调谐激光器、微纳光纤、花生型谐振腔、光谱仪、准直器、两个λ/2波片、两个偏振分光棱镜、光电探测器、鉴相器、频率综合器、环路滤波器、波长计、原子磁力计电流源和原子磁力计光源，所述花生型谐振腔是通过将单模光纤两次熔融压缩制得，其中，
可调谐激光器发射的激光经微纳光纤耦合进花生型谐振腔中并形成光频梳，光频梳依次经准直器、一个λ/2波片进入偏振分光棱镜，同时，原子磁力计光源发射的激光入射到另一个偏振分光棱镜并分为两束，一束经另一个λ/2波片进入偏振分光棱镜，与光频梳进行合光后经光电探测器得到拍频信号，频率综合器用于产生一个频率信号并与拍频信号一起依次经鉴相器、环路滤波器到达原子磁力计电流源实现拍频信号的锁定，利用波长计得到光频梳产生拍频信号的梳齿次序，结合光谱仪测得光频梳的初始频率和频率间隔，以及拍频信号的频率，计算原子磁力计光源的输出频率，并得到与目标频率之间的差值，根据差值调节频率综合器输出的频率信号，以使原子磁力计光源稳定的输出目标频率。
4.如权利要求3所述的原子磁力计的光源稳频系统，其特征在于，所述花生型谐振腔的轮廓呈轴对称，包括沿其轴向同轴设置的第一瓶状光学微腔和第二瓶状光学微腔，所述第一瓶状光学微腔和所述第二瓶状光学微腔沿轴向部分重叠。
5.如权利要求4所述的原子磁力计的光源稳频系统，其特征在于，所述花生型谐振腔的径向长度范围125～200um，轴向长度范围500～800um。
6.如权利要求3所述的原子磁力计的光源稳频系统，其特征在于，所述原子磁力计光源发射的激光所具有的输出频率始终处于所述花生型谐振腔得到的光频梳的光谱频率范围内。
7.如权利要求3-6所述的原子磁力计的光源稳频系统的稳频方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、可调谐激光器发射的激光经花生型谐振腔得到光频梳，通过光谱仪测量并记录光频梳的初始频率以及频率间隔；
步骤二、光频梳依次经准直器、一个λ/2波片进入偏振分光棱镜，根据目标频率调节原子磁力计光源的输出频率，原子磁力计光源以该输出频率发射的激光经另一个偏振分光棱镜分为两束，一束经另一个λ/2波片进入偏振分光棱镜，与光频梳进行合光后经光电探测器得到拍频信号；
步骤三、利用鉴相器得到频率综合器产生的频率信号与拍频信号之间的误差，环路滤波器将该误差伺服输出至原子磁力计电流源，实现拍频信号的锁定；
步骤四、利用波长计得到光频梳产生拍频信号的梳齿次序，结合光谱仪测得光频梳的初始频率和频率间隔，以及拍频信号的频率，计算原子磁力计光源的输出频率；
步骤五、根据步骤四中的原子磁力计光源的输出频率与目标频率之间的差值，调节频率综合器输出的频率信号，实现原子磁力计光源稳定的输出目标频率。
8.如权利要求7所述的稳频方法，其特征在于，步骤一中通过调节可调谐激光器发射激光的输出波长和输出功率，当输出波长接近花生型谐振腔的谐振波长，并且输出功率大于模式损耗时，经花生型谐振腔得到光频梳。
9.如权利要求7所述的稳频方法，其特征在于，步骤四中原子磁力计光源的输出频率通过以下公式计算：f＝f0+N*frep+fbeat，其中，f0为光频梳的初始频率，frep为光频梳的频率间隔，fbeat为拍频信号的频率，N为光频梳产生拍频信号的梳齿次序。
CN202011624881.6A 2020-12-30 2020-12-30 光频梳产生装置及原子磁力计的光源稳频系统和方法 Active CN112821179B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011624881.6A CN112821179B (zh) 2020-12-30 2020-12-30 光频梳产生装置及原子磁力计的光源稳频系统和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011624881.6A CN112821179B (zh) 2020-12-30 2020-12-30 光频梳产生装置及原子磁力计的光源稳频系统和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112821179A true CN112821179A (zh) 2021-05-18
CN112821179B CN112821179B (zh) 2022-09-06

Family

ID=75854824

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011624881.6A Active CN112821179B (zh) 2020-12-30 2020-12-30 光频梳产生装置及原子磁力计的光源稳频系统和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112821179B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07244058A (ja) * 1994-03-03 1995-09-19 Olympus Optical Co Ltd 表面形状測定装置
EP2835661A1 (en) * 2013-08-06 2015-02-11 Northrop Grumman Systems Corporation Probe beam frequency stabilization in an atomic sensor system
CN109631961A (zh) * 2019-01-15 2019-04-16 中国科学技术大学 一种基于双瓶状微型谐振腔的光学传感器
CN109631872A (zh) * 2018-12-26 2019-04-16 中国科学技术大学 一种基于瓶状微型谐振腔的谐振式光学陀螺
CN109839606A (zh) * 2019-03-13 2019-06-04 中国科学院武汉物理与数学研究所 一种新型原子磁强计装置及检测方法
CN111596237A (zh) * 2020-06-01 2020-08-28 北京未磁科技有限公司 原子磁力计及其碱金属原子气室压强的原位检测方法
CN111653937A (zh) * 2020-06-16 2020-09-11 北京未磁科技有限公司 基于多圈型谐振腔光频梳的半导体激光器稳频装置及方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07244058A (ja) * 1994-03-03 1995-09-19 Olympus Optical Co Ltd 表面形状測定装置
EP2835661A1 (en) * 2013-08-06 2015-02-11 Northrop Grumman Systems Corporation Probe beam frequency stabilization in an atomic sensor system
CN109631872A (zh) * 2018-12-26 2019-04-16 中国科学技术大学 一种基于瓶状微型谐振腔的谐振式光学陀螺
CN109631961A (zh) * 2019-01-15 2019-04-16 中国科学技术大学 一种基于双瓶状微型谐振腔的光学传感器
CN109839606A (zh) * 2019-03-13 2019-06-04 中国科学院武汉物理与数学研究所 一种新型原子磁强计装置及检测方法
CN111596237A (zh) * 2020-06-01 2020-08-28 北京未磁科技有限公司 原子磁力计及其碱金属原子气室压强的原位检测方法
CN111653937A (zh) * 2020-06-16 2020-09-11 北京未磁科技有限公司 基于多圈型谐振腔光频梳的半导体激光器稳频装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112821179B (zh) 2022-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jones et al. Stabilization of femtosecond lasers for optical frequency metrology and direct optical to radio frequency synthesis
Akulshin et al. Steep anomalous dispersion in coherently prepared Rb vapor
Castagna et al. Measurement of longitudinal and transverse spin relaxation rates using the ground-state Hanle effect
US11404840B2 (en) Device and method for measuring thermal load caused by excited state absorption in laser gain crystal
CN109580032B (zh) 一种超稳光学腔零交叉温度测量装置及测量方法
CN106768873B (zh) 一种测量高精细度腔精细度的方法及装置
CN105529603B (zh) 一种基于全通锁相光纤环形腔的光梳重频加倍系统
Yan et al. VCSEL frequency stabilization for optically pumped magnetometers
CN113451869B (zh) 一种单腔产生双光梳及多光梳的方法
Hartman et al. Characterization of the vacuum birefringence polarimeter at BMV: dynamical cavity mirror birefringence
CN112821179B (zh) 光频梳产生装置及原子磁力计的光源稳频系统和方法
US20200006912A1 (en) An optical plural-comb generator, a method of generating an optical plural comb, and a plurality of mode locked lasers that are mechanically coupled and optically independent
CN111653937A (zh) 基于多圈型谐振腔光频梳的半导体激光器稳频装置及方法
Kimball et al. Collisional perturbation of states in atomic ytterbium by helium and neon
Stalnaker et al. Measurement of the 4 S 1/2→ 6 S 1/2 transition frequency in atomic potassium via direct frequency-comb spectroscopy
Barwood et al. An optically narrowed diode laser for Rb saturation spectroscopy
Hernandez-Cordero et al. Fiber laser intra-cavity spectroscopy (FLICS)
Madej et al. Long-term absolute frequency measurements of 633 nm iodine-stabilized laser standards at NRC and demonstration of high reproducibility of such devices in international frequency measurements
CN111397732A (zh) 非定域波长-时间映射的双光子联合光谱测量方法及系统
Zhang et al. Research On High Speed Spectrum Analyzer Based On Fourier Domain Mode Locked Laser
Phillips et al. Characterization and stabilization of fiber-coupled laser diode arrays
Dia et al. Doppler-free spectroscopy of the lowest triplet states of helium using double optical resonance
CN114204383B (zh) 一种基于主动激射的量子温度计及其实现方法
Guan et al. 420-nm Faraday Optical Filter With 2.7-MHz Ultranarrow Bandwidth Based on Laser Cooled 87 Rb Atoms
US4951286A (en) Device and method for squeezed state generation by a coupled system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20210518

Assignee: Beijing Weici Medical Technology Co.,Ltd.

Assignor: Beijing Weici Technology Co.,Ltd.

Contract record no.: X2021980006960

Denomination of invention: Optical frequency comb generation device and light source frequency stabilization system and method of atomic magnetometer

License type: Common License

Record date: 20210728

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
CB02 Change of applicant information

Address after: No. 138, 1st floor, building 8, No. 27, Jiancai Chengzhong Road, Haidian District, Beijing 100096

Applicant after: Beijing Weici Technology Co.,Ltd.

Address before: 100744 room 8, building 27, courtyard 8, Fenggu 4th Road, Yanqing garden, Zhongguancun, Yanqing District, Beijing

Applicant before: Beijing Weici Technology Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant