CN113381281B - 一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光频率锁定技术领域，公开了一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定方法和装置，方法包括以下步骤：对频标光进行锁定在原子跃迁线上，耦合光频率调谐到饱和吸收光谱处并进行扫频；使耦合光分成多束，将其中一束在分成两束形成干涉光场，注入第一原子蒸汽气池，同时使频标光对向注入第一原子蒸汽气池中形成多级离散衍射；S3、将衍射光场分离，注入第一探测器探测；S4、将耦合光的其它光束注入第二原子蒸汽气池，同时，使待锁定激光器分别反向注入第二原子蒸汽池形成电磁诱导透明光谱并被第二探测器探测；S5、根据第一探测器与对应的第二探测器的探测信号，对待锁定激光器进行频率锁定，本发明克服了传统频标位置固定的缺陷。

Description

一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定方法和装置

技术领域

本发明属于激光频率锁定技术领域，具体涉及一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定方法和装置。

背景技术

激光频率锁定技术作为现阶段推动光与物质相互作用领域发展的重要力量，在微波电场测量、精密光谱测量、玻色爱因斯坦凝聚等前沿领域有着关键作用。现阶段激光频率锁定技术主要有原子分子光谱、光学谐振腔、光学频率梳等多种手段，其中原子分子光谱局限于所使用激光器，仅能实现单个频标分发，且频率锁定位置受能级结构影响相对固定。而光学谐振腔虽可实现多台激光器同步锁定，但只能在腔模位置锁定单一激光器，无法实现多台激光器在频率方面的频差关联，此外限制于谐振腔腔镜镀膜与腔镜数量，激光器锁定数量受限。而光学频率梳则受限于高昂的仪器成本，难以大范围推广。随着现阶段原子分子物理工作中激光器使用数量的日渐增加，单纯的堆砌光学谐振腔或原子分子光谱已开始约束现阶段工作效率，一种同步的多台激光器频率链锁定系统已成为亟待解决的一个重要问题，在简化实验流程、提升实验效率方面具有重要意义。

全光光栅作为一种新型的全光操控器件，基于可改变原子介质折射率的电磁诱导透明机制，利用耦合光光场空间周期性调制获得光栅结构，可获得分立的多级离散衍射。这种可控全光光栅下的衍射强度峰可受多种参数调谐，强度峰值位置高度可控，若能将其应用于频率链的锁定中，则有望实现多级、同步、可控、小失谐的频率链锁定优势，以有效应对更为严苛的实验需求。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种多路分发，同步可控，小失谐差频锁定的全光光栅多路激光频率链锁定的方法和装置，以满足原子分子实验需求。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定方法，包括以下步骤：

S1、基于锁定位置所需的目标频差，利用饱和吸收光谱对频标光进行锁定，同时将耦合光频率调谐到饱和吸收光谱处并进行扫频；

S2、使耦合光分成多束，将其中一束在分成两束形成干涉光场，注入第一原子蒸汽气池，形成空间结构周期性调制的全光光栅；同时使频标光的行波场对向注入第一原子蒸汽气池中，被全光光栅进行多级离散衍射；

S3、将频标光经多级离散衍射产生的衍射光场分离，分别注入一个第一探测器探测衍射强度；

S4、将耦合光的其它光束分别注入一个第二原子蒸汽气池，同时，使待锁定激光器分别反向注入一个第二原子蒸汽池形成电磁诱导透明光谱，通过第二探测器探测；

S5、将第一探测器的探测得到的衍射强度的峰值频率与对应的第二探测器探测得到的电磁诱导透明信号的频率进行差值计算，将差值作为误差信号反馈到对应的待锁定激光器，对待锁定激光器进行频率锁定。

所述待锁定激光器的数量等于频标光经多级离散衍射产生的衍射光场级数。

所述步骤S3中，具体包括以下步骤：

将频标光经多级离散衍射产生的衍射光场分为两束；

使其中一束输入光束质量分析仪实时监测离散衍射分布情况，另一束经扩束透镜组增加多级离散衍射空间间距，然后通过多个偏振分束棱镜分别筛选各个级数的离散衍射光斑。

此外，本发明还提供了一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定装置，包括耦合光激光器、频标光激光器、全光光栅光路、衍射分束光路、多个锁定光路、数据处理模块和伺服反馈控制模块；

所述耦合光激光器的频率被调谐到饱和吸收光谱处并进行扫频，其发出的耦合光被分为N束，其中一束入射至全光光栅光路，其它N-1光束分别入射到一个锁定光路；所述全光光栅光路包括第一分束器、第二分束器、第三分束器和第一原子蒸气池，入射至全光光栅光路的耦合光经第一分束器分为两束，第二分束器合束后，形成干涉光场，干涉光场经第三分束器后入射到第一原子蒸气池形成全光光栅；

所述频标光激光器的频率被锁定在饱和吸收光谱处，其发出的频标光与耦合光反向重合入射至第一原子蒸气池，在全光光栅的作用下产生多级离散衍射；衍射光经第三分束器后入射至衍射分束光路，将各级衍射光分离，分离后的各级衍射光分别注入一个第一探测器；

每个所述锁定光路包括待锁定激光器、第四分束器、第二原子蒸汽池和第二探测器，入射到锁定光路的耦合光经第四分束器后入射到第二原子蒸汽池，待锁定激光器发出的激光与耦合光反向重合入射至所述第二原子蒸汽池形成电磁诱导透明光谱，并被第二探测器探测；

所述数据处理模块用于将第一探测器探测得到的衍射强度的峰值频率与对应的第二探测器探测得到的电磁诱导透明信号的频率进行差值计算，所述伺服反馈控制模块用于根据计算得到的频率差值得到伺服反馈信号，并将伺服反馈信号输入对应的待锁定激光器进行频率锁定。

衍射分束光路包括扩束透镜组、多个分束棱镜和多个45°反射镜组合，所述衍射光经第三分束器后入射至扩束透镜组进行扩束，扩束后的各级衍射光分别经一个分束棱镜和一个45°反射镜组合反射后分离。

衍射分束光路还包括第五分束器和光束质量分析仪，所述第五分束器用于将入射至分束光路前的衍射光分出一部分至光束质量分析仪。

所述的一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定装置，还包括依次设置的多个第六分束器，所述第六分束器用于将耦合光激光器发出的耦合光分为多束。

所述第五分束器和第六分束器为二分之一波片与偏振分束棱镜的组合。

所述第一分束器和第二分束器为消偏振分束棱镜。

本发明的工作原理如下：基于锁定位置所需的目标频差，利用偏频饱和吸收光路分别为耦合光激光器和频标光激光器提供偏频频标，实现对两台激光器在V型能级结构下的所需频率调谐。耦合光借助干涉光路形成干涉光场，注入高密度原子蒸汽气池，形成空间结构周期性调制的全光光栅结构。频标光行波场对向干涉光场注入原子蒸汽气池中，基于电磁诱导透明机制，频标光被全光光栅离散衍射为多级离散衍射，完成多个光栅频标的制备。借助衍射分束光路中的光束质量分析仪实时监测多级衍射光斑，优化原子气池温度与干涉光场角度，以观测得到多级分立的离散衍射光斑。多级衍射光斑在被扩束，并由消偏振分束棱镜空间分开，分别进入对应的待锁定激光链路系统中，实现频标的空间分发。建立起与频标光中心频率的关联纽带。耦合光激光器除进入干涉光路外，其它部分入射进入待锁定激光链路系统，与待锁定激光器构建完成电磁诱导透明光路。此时扫描耦合光激光频率，即可在待锁定激光链路系统中同时获得衍射强度峰与电磁诱导透明光谱。受全光光栅影响，不同衍射级数下的衍射强度峰峰值位置，在不同的耦合光频率处。通过将两信号输入数据处理系统，识别光谱峰值位置，进行频标差处理，获得实时的频率差信号。在将该信号输入伺服反馈控制模块，并进入待锁定激光器后，即可形成锁定回路完成该路激光频率锁定，实现待锁定激光器与频标光激光器的差频锁定，建立起与频标光的差频频率链路。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定方法和装置，其具有传统原子分子光谱、光学谐振腔等所不具备的多路激光频标分发能力，克服了传统频标位置固定缺陷。在常见的激光频率锁定系统中，一套激光频率锁定系统只能分发数量有限的激光频率标准，而本发明受益于全光光栅衍射级数不受限制的特点，可在一套装置中实现显著多于传统激光频率锁定方案的频标分发，并与频标光频率建立起链路关联。

2、此外，本发明结合全光光栅的全光多参数可调谐的特点，所有频标在分发后可同时完成频率调谐，极大的简化了多台激光器的频率锁定过程。在电磁诱导透明机制的基础上，不同耦合光频率失谐下，各级衍射拥有不同的衍射强度分布特性，这在扫描耦合光激光频率时可即时观测得到。其中0级衍射强度峰的频率中心位置与频标光中心频率位置相近，间距为可控的兆赫兹量级。随着衍射级数的增加，高级次的衍射强度峰中心频率偏移越大，且相邻级次的衍射强度峰间的频率间隔也为可控的十兆赫兹量级。这些多级衍射间的十兆赫兹量级频差使全光光栅系统拥有了小失谐差频锁定能力，实现了频标光中心频率为基准的多路差频链路的锁定。

3、本发明克服了原子分子光谱中依赖跃迁峰位置十兆赫兹量级半高宽的频率锁定限制，为进行下一步更具规模的原子分子系统工作提供了条件。值得注意的是，本发明的频率锁定系统是一种全光频标分发系统，可与下一代全光量子器件相结合，进一步补充全光网络系统建设。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一中全光光栅光路结构示意图；

图3为本发明实施例一中衍射分束光路结构示意图；

图4为本发明实施例一中的锁定光路的结构示意图；

图5为本发明实施例一中得到的离散衍射光斑示意图；

图6为本发明实施例一中扫描耦合光频率时得到的多级衍射强度峰示意图；

图7为本发明实施例一中在不同锁定频标下锁定时的待锁定激光器频率起伏示意图；

图8为本发明实施例一中的链路频差示意图；

图9为本发明实施例二提供的一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定方法的流程示意图。

图中：1为全光光栅光路，2为衍射分束光路，3为多个锁定光路，101为耦合光激光器，102为第七分束器，105为第一偏频饱和吸收光谱光路，106为频标光激光器，107为第八分束器，110为第二偏频饱和吸收光谱光路，113第一分束器，114第二分束器， 115为第一反射镜，116为第二反射镜，117为第一原子蒸气池，118第三分束器；201为第五分束器，203为光束质量分析仪，204为短焦透镜，205为长焦透镜，206分束棱镜，210为45°反射镜组合，301为第一探测器，302为第六分束器，304为第二探测器，307为待锁定激光器，308为第二原子蒸汽池，309为第四分束器。

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的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定装置，包括耦合光激光器101、频标光激光器106、全光光栅光路1、衍射分束光路2、多个锁定光路3、数据处理模块305和伺服反馈控制模块306。其中，全光光栅光路1构建完成全光光栅空间调制结构，并将频标光衍射为多级衍射，完成多路全光光栅频标的制备。衍射分束光路2则负责对全光光栅衍射的实时监测与空间选取，负责为优化全光光栅衍射光斑提供必要的光束质量参考，并通过空间扩束以空间分离多级离散衍射。实际情况中可依据实际观测到的衍射级数分配多个待锁定激光链路系统3，不局限于图1中的四个待锁定激光链路系统3。所述锁定光路3中包含电磁诱导透明光路，与全光光栅光路1中干涉光场光路使用同一耦合光源。锁定光路3配合衍射分束光路2中的相应频标，以及自身产生的电磁诱导透明光谱，借助数据处理模块305和伺服反馈控制模块306完成对待锁定激光的频率锁定。

具体地，本实施例中，所述耦合光激光器101的频率被调谐到饱和吸收光谱处并进行扫频，其发出的耦合光被分为N束，其中一束入射至全光光栅光路，其它N-1光束分别入射到一个锁定光路。具体地，通过一个第七分束器102将耦合光激光器101的光分出一部分到第一偏频饱和吸收光谱光路105，为耦合光激光器提供铷原子D1跃迁线位置的精密频率调谐。

如图2所述，所述全光光栅光路1包括第一分束器113、第二分束器114、第三分束器118和第一原子蒸气池117，入射至全光光栅光路的耦合光经第一分束器113分为两束，然后分别经第一反射镜115和第二反射镜116反射后，入射至第二分束器114，然后经第二分束器114合束后，形成具有干涉条纹的驻波光场，干涉光场经第三分束器118后入射到第一原子蒸气池117形成全光光栅。具体地，所述第一分束器113和第二分束器114为消偏振分束棱镜。本实施例中，利用干涉条纹光场的空间周期性结构，周期性操控原子介质折射率，形成全光光栅结构，同时，频标激光器106所产生的行波场对向干涉光场注入原子蒸汽气池117中，受电磁诱导透明机制作用，频标光在原子介质中的折射率被全光光栅操控，产生多级离散衍射，并经第三分束器118后进入衍射分光光路2中。

具体地，本实施例中，所述频标光激光器106的频率被锁定在饱和吸收光谱处，其发出的频标光与耦合光反向重合入射至第一原子蒸气池117，在全光光栅的作用下产生多级离散衍射；衍射光经第三分束器118后入射至衍射分束光路，将各级衍射光分离，分离后的各级衍射光分别注入一个第一探测器301。具体地，通过一个第八分束器107将频标光激光器106的光分出一部分到第二偏频饱和吸收光谱光路110，通过第二偏频饱和吸收光谱光路110为频标光激光器106提供相应的频率锁定参考。

本实施例中，第七分束器102和第八分束器107为二分之一波片与偏振分束棱镜的组合。

具体地，如图3所示，本实施例中，所述衍射分束光路包括第五分束器201、光束质量分析仪203、扩束透镜组、多个分束棱镜206和多个45°反射镜210和多个第一探测器301，所述衍射光经第三分束器118入射至衍射分束光路，在衍射分束光路中，衍射光首先经第五分束器201分出一部分至光束质量分析仪，实时监测离散衍射分布情况，为全光光栅光路1优化多级衍射提供可视化条件。然后其它的衍射光入射至扩束透镜组进行扩束，扩束后的各级衍射光分别经一个分束棱镜206和两个45°反射镜组成的45°反射镜组合210反射后分离。本实施例中，扩束透镜组具体为短焦透镜204与长焦透镜205的组合。其中，第五分束器201为一个二分之一波片与偏振分束棱镜的组合，其可以方便调节分光比。

具体地，本实施例中，所述分束棱镜206为偏振分束棱镜，扩束透镜组使多级离散衍射的空间间距增加，便于分束棱镜206筛选相应级数离散衍射。所筛选出的各级衍射经45°反射镜组合210反射后被第一探测器301探测，为待锁定激光链路系统提供频标参考。

具体地，如图4所示，每个所述锁定光路包括待锁定激光器307、第四分束器309、第二原子蒸汽池308和第二探测器304，入射到锁定光路的耦合光经第四分束器309后入射到第二原子蒸汽池308，待锁定激光器307发出的激光与耦合光反向重合入射至所述第二原子蒸汽池308形成电磁诱导透明光谱，并被第二探测器304探测。本实施例中，耦合光用于形成电磁诱导透明光谱，作为锁定的参考频标。具体地，本实施例中，第四分束器309为二分之一波片与偏振分束棱镜的组合。

进一步地，本实施例的一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定装置，还包括多个依次设置的第六分束器302，所述第六分束器用于将耦合光激光器101发出的耦合光分为多束。具体地，本实施例中，第六分束器为二分之一波片与偏振分束棱镜的组合。

本发明实施例中，各级衍射分别进入不同的第一探测器301中，在耦合光扫描状态下可以观测到的全光光栅衍射强度峰，利用其峰值位置作为频标参考，为待锁定激光器307提供频率校准标准。耦合光激光器101所产生耦合光，经二分之一波片和偏振分束棱镜组成的第六分束器进行多次分束后，分别进入一个锁定光路3中。在锁定光路3中，耦合光通过二分之一玻片310调节偏振，传输通过第四分束器309进入第二原子蒸气池308中，与待锁定激光器307产生的激光对向重合在第二原子蒸气池308中，构建完成电磁诱导透明光谱。电磁诱导透明光谱由第二探测器304收集。

本发明实施例中，所述数据处理模块305用于将第一探测器301探测得到的衍射强度的峰值频率与对应的第二探测器304探测得到的电磁诱导透明信号的频率进行差值计算，所述伺服反馈控制模块306用于根据计算得到的频率差值得到伺服反馈信号，并将伺服反馈信号输入对应的待锁定激光器307进行频率锁定。电磁诱导透明光谱送入数据处理模块305中进行峰值识别后，数据处理模块305将电磁诱导透明光谱与探测器301所收集的衍射强度峰的峰值频率位置进行差值计算，所得差值为待锁定激光器307的实时频率偏差，数据处理模块305将差值信号输入到伺服反馈模块306中，伺服反馈模块306中生成反馈误差信号输入待锁定激光器，调节待锁定激光器307频率。所产生伺服反馈信号将电平调零，即将所得差值调零，构建完成频率锁定闭合回路，将待锁定激光器307锁定衍射强度峰频率位置。锁定过程中耦合光频率始终进行扫描，不间断进行频率差值计算，实时处理得出频率偏移量并进行反馈。本发明实施例中，通过多级衍射信号与耦合光的差频信号同时锁定多台待锁定激光器307，实现了基于全光栅的频率链路锁定。

具体地，本实施例中，耦合光激光器和频标光激光器输出的激光频率线宽小于1MHz。耦合光激光器输出795 nm波段激光，对应铷原子D1跃迁线，频标光激光器对应780 nm波段，对应铷原子D2跃迁线。第一偏频饱和吸收光谱光路和第二偏频饱和吸收光谱光路为可偏频的饱和吸收光谱部分，为现阶段成熟的原子频标。光路内借助声光调制器，利用其频率偏移一级衍射搭建饱和吸收光谱。借助频率偏移的饱和吸收光谱所对应的超精细结构峰，分别实现耦合光激光器频率调谐观测及使频标光激光器的频率精密锁定在原子跃迁线附近。

如图5所示，为本发明实施例中，光束质量分析仪203得到的多级离散衍射光斑。在调节优化全光光栅光路1时，需调节至衍射级数较多且对称性良好，以避免因对称性差导致的频标频率参考不准确问题。图5中可见在实验条件下最少可同时提供7种全光光栅频标，完成相对频标光中心频率的7条频率链路阶梯差频锁定。

如图6所示，为发生7级离散衍射时通过7个第一探测器收集到的所获得的各级衍射强度峰。图中为扫描耦合光激光器101时所获得，从图中可知相对的正负级数的频率偏移量相同，且随级数增加，衍射强度峰的频率偏移量也增加，但总的频率偏移量在十兆赫兹量级。

如图7所示，为本发明实施例中，锁定光路3分别切换0级、1级、2级衍射频标时（即第一探测器探测对应的0级、1级、2级衍射光斑信号），使用波长计检测得到的频率起伏变化。其中0至10秒位置为参考0级频标时的待锁定激光频率残余起伏，10至20秒为参考1级频标时的残余频率起伏，20至30秒为参控2级频标时的残余频率起伏，图7说明本发明的锁定装置可实现激光频率的全光小失谐频率锁定。

如图8所示，为本发明实施例中基于全光光栅的多路激光频率链锁定系统的链路频差示意图。图中f _r为频标光中心频率位置，f ₀、f ₁、f ₂、f ₃至f _n分别为全光光栅下的各级衍射强度峰中心频率位置，n为衍射级数。图中表明在全光光栅系统下，在频标光中心频率一侧，各级衍射强度峰对应频率随级次增加而逐步增加。由于全光光栅下多级衍射同步产生，f ₀至f _n内的各衍射频标与f _r处的频标光频率也为同时产生、相互关联，这为在频标光频率附近锁定多台待测激光器307提供了合适链路。其中除f _r与f ₀间的频差Δf ₀在兆赫兹量级外，其余衍射光的频差Δf ₁、Δf ₂、Δf ₃等均为十兆赫兹量级，所有频差统一受全光光栅参数同步操控。

此外本发明所提供技术方案仍适用于可产生电磁诱导透明效应的其它非线性介质中，全光光栅的范围并不局限于铷原子蒸汽气池一种非线性介质。

实施例二

如图9所示，本发明实施例二提供了一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、基于锁定位置所需的目标频差，利用偏频饱和吸收光路对频标光进行锁定，同时将耦合光频率调谐到饱和吸收光谱处并进行扫频。

S2、使耦合光分成多束，将其中一束在分成两束形成干涉光场，注入第一原子蒸汽气池，形成空间结构周期性调制的全光光栅；同时使频标光的行波场对向注入第一原子蒸汽气池中，被全光光栅进行多级离散衍射。

S3、将频标光经多级离散衍射产生的衍射光场分离，分别注入一个第一探测器探测衍射强度。

所述步骤S3中，具体包括以下步骤：

将频标光经多级离散衍射产生的衍射光场分为两束；

使其中一束输入光束质量分析仪实时监测离散衍射分布情况，并通过调节全光光栅参数，使多级离散衍射的衍射级数和对称型满足要求，另一束经扩束透镜组增加多级离散衍射空间间距，然后通过多个偏振分束棱镜分别筛选各个级数的离散衍射光斑。

S4、将耦合光的其它光束分别注入一个第二原子蒸汽气池，同时，使待锁定激光器分别反向注入一个第二原子蒸汽池形成电磁诱导透明光谱，通过第二探测器探测；

S5、将第一探测器的探测得到的衍射强度的峰值频率与对应的第二探测器探测得到的电磁诱导透明信号的频率进行差值计算，将差值作为误差信号反馈到对应的待锁定激光器，对待锁定激光器进行频率锁定。

具体地，本实施例中，所述待锁定激光器的数量等于频标光经多级离散衍射产生的衍射光场级数。

本实施例提供了一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定方法，基于待锁定激光链路所需的目标频差，定向设置并优化全光光栅参数，通过合理调节频标光频率失谐、原子气池温度以及耦合光干涉角度，完成多级衍射的光斑优化以及多路衍射强度峰频标的构建。构建完成的衍射强度峰频标，依据与频标光中心频率位置差值，对应分配给不同的待锁定激光器，构建频率链路。通过扫描耦合光频率，使耦合光与待锁定激光器构建完成电磁诱导透明光谱，形成相应的参考频标。其中，衍射强度峰频标与参考频标两种信号，经数据处理系统汇总处理，实现频标差处理，处理所得信号经伺服反馈模块反馈进入待锁定激光器，完成对待锁定激光器的激光频率锁定，实现与频标光频率的链路关联。图9中示出全光光栅中的四级频标作为实施例，实际实现激光频率链锁定时并不局限于此处四级频标。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施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发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、基于锁定位置所需的目标频差，利用饱和吸收光谱对频标光进行锁定，同时将耦合光频率调谐到饱和吸收光谱处并进行扫频；

S2、使耦合光分成多束，将其中一束再分成两束形成干涉光场，注入第一原子蒸汽气池，形成空间结构周期性调制的全光光栅；同时使频标光的行波场对向注入第一原子蒸汽气池中，被全光光栅进行多级离散衍射；

S3、将频标光经多级离散衍射产生的衍射光场分离，分别注入一个第一探测器探测衍射强度；

S4、将耦合光的其它光束分别注入一个第二原子蒸汽气池，同时，使待锁定激光器分别反向注入一个第二原子蒸汽池形成电磁诱导透明光谱，通过第二探测器探测；

S5、将第一探测器的探测得到的衍射强度的峰值频率与对应的第二探测器探测得到的电磁诱导透明信号的频率进行差值计算，将差值作为误差信号反馈到对应的待锁定激光器，对待锁定激光器进行频率锁定。

2.根据权利要求1所述的一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定方法，其特征在于，所述待锁定激光器的数量等于频标光经多级离散衍射产生的衍射光场级数。

3.根据权利要求1所述的一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定方法，其特征在于，所述步骤S3中，具体包括以下步骤：

将频标光经多级离散衍射产生的衍射光场分为两束；

使其中一束输入光束质量分析仪实时监测离散衍射分布情况，另一束经扩束透镜组增加多级离散衍射空间间距，然后通过多个偏振分束棱镜分别筛选各个级数的离散衍射光斑。

4.一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定装置，其特征在于，包括耦合光激光器（101）、频标光激光器（106）、全光光栅光路（1）、衍射分束光路（2）、多个锁定光路（3）、数据处理模块（4）和伺服反馈控制模块（5）；

所述耦合光激光器（101）的频率被调谐到饱和吸收光谱处并进行扫频，其发出的耦合光被分为N束，其中一束入射至全光光栅光路，其它N-1光束分别入射到相应的锁定光路；所述全光光栅光路（1）包括第一分束器（113）、第二分束器（114）、第三分束器（118）和第一原子蒸气池（117），入射至全光光栅光路的耦合光经第一分束器（113）分为两束，第二分束器（114）合束后，形成干涉光场，干涉光场经第三分束器（118）后入射到第一原子蒸气池（117）形成全光光栅；

所述频标光激光器（106）的频率被锁定在饱和吸收光谱处，其发出的频标光与耦合光反向重合入射至第一原子蒸气池（117），在全光光栅的作用下产生多级离散衍射；衍射光经第三分束器（118）后入射至衍射分束光路，将各级衍射光分离，分离后的各级衍射光分别注入相应的第一探测器（301）；

每个所述锁定光路（3）包括待锁定激光器（307）、第四分束器（309）、第二原子蒸汽池（308）和第二探测器（304），入射到锁定光路的耦合光经第四分束器（309）后入射到第二原子蒸汽池（308），待锁定激光器（307）发出的激光与耦合光反向重合入射至所述第二原子蒸汽池（308）形成电磁诱导透明光谱，并被第二探测器（304）探测；

所述数据处理模块（4）用于将第一探测器（301）探测得到的衍射强度的峰值频率与对应的第二探测器（304）探测得到的电磁诱导透明信号的频率进行差值计算，所述伺服反馈控制模块（5）用于根据计算得到的频率差值得到伺服反馈信号，并将伺服反馈信号输入对应的待锁定激光器（307）进行频率锁定。

5.根据权利要求4所述的一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定装置，其特征在于，衍射分束光路包括扩束透镜组、多个分束棱镜（206）和多个45°反射镜组合（210），衍射光经第三分束器（118）后入射至扩束透镜组进行扩束，扩束后的各级衍射光分别经一个分束棱镜（206）和一个45°反射镜组合（210）反射后分离。

6.根据权利要求5所述的一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定装置，其特征在于，衍射分束光路（2）还包括第五分束器和光束质量分析仪（203），所述第五分束器用于将入射至分束光路前的衍射光分出一部分至光束质量分析仪。

7.根据权利要求6所述的一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定装置，其特征在于，还包括依次设置的多个第六分束器，所述第六分束器用于将耦合光激光器（101）发出的耦合光分为多束。

8.根据权利要求7所述的一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定装置，其特征在于，所述第五分束器和第六分束器为二分之一波片与偏振分束棱镜的组合。

9.根据权利要求4所述的一种基于全光光栅的多路激光频率链锁定装置，其特征在于，所述第一分束器（113）和第二分束器（114）为消偏振分束棱镜。

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