CN114927928A - 一种用于激光稳频系统的控温f-p标准具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及原子跃迁线共振或大失谐的多频率组分光的选择性透射及激光器技术领域，且公开了一种用于激光稳频系统的控温F‑P标准具，包括透具，所述透具的外部设置有控温炉，所述控温炉的外侧壁上设置有帕尔替元件，所述帕尔替元件的外侧壁上设置有散热片，所述控温炉的内部设置有热敏电阻，所述控温炉的外部设置有保温罩，所述保温罩的底部设置有底座，所述控温炉为方形盒体，所述控温炉的外侧壁两个相对面上均开设有通光口，两个所述通光口的内侧壁上均固定连接有增透片。该用于激光稳频系统的控温F‑P标准具，抑制比高，功率稳定，而且装置精简，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及原子跃迁线共振或大失谐的多频率组分光的选择性透射及激光器技术领域，具体为一种用于激光稳频系统的控温F-P标准具。
背景技术
早在1862年，法国科学家Fabry和Perot发明了一种高分辨的干涉光谱仪，其分辨率可达5x107，其利用一两端面平行且镀有高反膜的玻璃块构成，被称为Fabry-Perot(F-P)标准具。人们利用F-P标准具成功观察到原子发光的超精细光谱，分析了激光输出的模式结构，实现了高精度的长度测量，其另一个很重要的应用是作为窄带宽干涉滤波器。由于其利用多波长干涉原理，透射峰具有较高的锐度，因此在较窄的波段内可以成功透射想要的波长，而反射其他频率的激光成分。从而达到滤波的目的。
随着量子信息的发展，量子通讯由于其几乎绝对的安全性而日益成为人们研究的重点，光子作为量子信息传输的重要载体，有着潜在的信息传输能力。基于光与原子相互作用实现光的量子存储与释放，及量子纠缠等实验过程，一个很重要的技术就是需要成功分离或者滤除两个或多个频率相近的激光。通常情况下，人们采用激光泵浦的原子气室、共焦的F-P腔以及合理设计的温度稳定的块状法布里泊罗干涉仪作为滤波器滤除不想要的光。
很多实验小组已经对控温F-P标准具滤波器有了较为深入的研究，但其中一个较为严重的问题就是滤波器抑制比(即想要透射光的透射率与想要抑制光的抑制率的比值)较低，一些实验小组采用多个串联的F-P标准具用于滤波，实验发现其透射频率和功率很不稳定，而且装置复杂，成本较高。
因此，提出一种用于激光稳频系统的控温F-P标准具，用于解决上述背景中提到的各种问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于激光稳频系统的控温F-P标准具，包括透具：
所述透具的外部设置有控温炉，所述控温炉的外侧壁上设置有帕尔替元件，所述帕尔替元件的外侧壁上设置有散热片，所述控温炉的内部设置有热敏电阻，所述控温炉的外部设置有保温罩，所述保温罩的底部设置有底座；
所述控温炉为方形盒体，所述控温炉的外侧壁两个相对面上均开设有通光口，两个所述通光口的内侧壁上均固定连接有增透片。
优选的，所述帕尔替元件设置有四个，四个所述帕尔替元件分别固定连接于控温炉的外侧壁四个面上。
优选的，所述保温罩的内侧壁与四个散热片的外侧壁相抵，所述控温炉位于保温罩的内部中心位置处。
与现有技术相比，本发明提供了一种用于激光稳频系统的控温F-P标准具，具备以下有益效果：
1、该用于激光稳频系统的控温F-P标准具，通过用四个帕尔替元件对控温炉的四个面(除去通光方向)进行加热，使得控温炉内的温度均匀性较好，控温炉用黄铜制成，具有较好的导热性，这样可以使得块状法布里-波罗干涉仪均匀加热，镜片各向折射率及镜片厚度保持相同。
2、该用于激光稳频系统的控温F-P标准具，通过采用保温能力较好的尼龙做保温罩，避免炉内温度与外界环境的冷热交替，使控温炉内温度保持稳定。
3、该用于激光稳频系统的控温F-P标准具，采用控温炉前后两个通光口分别固定两个增透片，用来隔绝控温炉内的空气与外界环境之间的热传递。
4、该用于激光稳频系统的控温F-P标准具，由于共振透射频率稳定，可调谐、窄带宽的特点，可以用于激光器稳频装置，为激光器稳频开拓了新路径。
附图说明
图1为本发明控温F-P标准具的装置示意图；
图2为现有技术控温F-P标准具的装置示意图；
图3为本发明控温F-P干涉滤波器透射率与温度的关系示意图；
图4为本发明控温F-P干涉滤波器共振透射频率与温度的关系示意图；
图5为本发明控温F-P标准具稳频实验装置示意图；
图6为本发明控温F-P标准具透射信号示意图；
图7为本发明控温F-P标准具锁频结果示意图。
其中：1、透具；2、控温炉；3、帕尔替元件；4、散热片；5、热敏电阻；6、保温罩；7、底座。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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
本实施例为一种用于激光稳频系统的控温F-P标准具的具体实施方式。
请参阅图1-7，一种用于激光稳频系统的控温F-P标准具，包括透具1：
透具1的外部设置有控温炉2，控温炉2的外侧壁上设置有帕尔替元件3，帕尔替元件3的外侧壁上设置有散热片4，控温炉2的内部设置有热敏电阻5，控温炉2的外部设置有保温罩6，保温罩6的底部设置有底座7；
控温炉2为方形盒体，控温炉2的外侧壁两个相对面上均开设有通光口，两个通光口的内侧壁上均固定连接有增透片。
通过上述技术方案，透具1为表面平整度，光洁度及面型较好，前后表面镀有92％@852nm高反射膜的K9玻璃或石英厚度5.43mm，直径10mm；
透具1固定于黄铜制成的方形控温炉2内，控温炉2上下左右四个面分别用四片相同的帕尔替元件3对其加热，帕尔替元件3由控温仪驱动，用于加热或冷却控温炉2的温度，四片帕尔替元件3的背面分别贴有四片散热片4，为了更好地实现冷热交替；
控温炉2内安装10千欧的热敏电阻5，能够较好的探测控温炉的温度；
帕尔替元件3前后两个通光口分别固定有两个增透片，用来隔绝控温炉2内的空气与外界环境之间的热传递；
控温炉2的外面采用尼龙制成的外壳作保温罩6，使得控温炉2进一步与外界环境隔离，保持内部温度的稳定性；
底座7能够较方便的控制整个标准具装置的水平以及高低位置，底座7为尼龙或有机玻璃材料制成，以防止控温炉2内的温度与平台及固定控温炉2的镜杆、镜筒之间的热传递，保持内部温度的稳定性。
具体的，帕尔替元件3设置有四个，四个帕尔替元件3分别固定连接于控温炉2的外侧壁四个面上。
具体的，保温罩6的内侧壁与四个散热片4的外侧壁相抵，控温炉2位于保温罩6的内部中心位置处。
实施例二
本实施例为一种用于激光稳频系统的控温F-P标准具的使用方法的具体实施方式。
一种用于激光稳频系统的控温F-P标准具的使用方法，包括如下步骤：
S1、852nm激光束垂直入射控温F-P干涉滤波器，标准具采用控温仪控温，控温精度为～0.5％，将其温度控制在室温附近；
S2、激光频率调谐到铯原子D2跃迁线附近，利用三角波扫描半导体激光器频率，利用饱和吸收装置将其频率锁定于6S1/2F＝4-6P3/2F’＝4；
S3、测量F-P干涉滤波器透射率与温度的变化关系。测量过程中按照合适的温度间隔(～0.5℃)改变标准具的温度，记录每个温度值上透过标准具的透射功率，测得其透射率，如图3所示。
通过上述技术方案，从图中看到，共振透射率达到91.7％，两透射峰之间最低透射率小于0.2％，其抑制比为27.5dB。温度变化6.33℃，透射率可以从一个透射峰转移到另一个透射峰(即一个自由光谱区)，因此，通过选择合适的温度，且控温稳定，可以使激光稳定的共振透过F-P标准具，同时使得其他频率成分的激光得到很好的抑制达到滤波的目的。由于采用一个F-P标准具用于滤波，抑制比难以满足实验的要求，我们通过将多个(厚度，镀膜反射率等参数相同)的F-P标准具置于同一个控温炉内加热，这样就可以使得控温炉内各个镜片的加热程度基本相同，解决了透射频率及功率不稳的问题，采用该种方式预计抑制比可达100dB。
对于不同温度下，F-P干涉滤波器的共振透射频率不同，我们研究了每改变1℃，其共振透射频率所对应的变化量，如图4所示，可得△ν/△T～2.772GHz/℃。因此我们可得出对于厚度5.43mm，两面镀有852nm反射膜的控温F-P干涉滤波器，自由光谱区为～18.32GHz，带宽～460MHz，即当激光频率与F-P干涉滤波器共振时，透射率可达91.7％，而与共振频率相差2～16GHz的激光可被F-P干涉滤波器滤掉，透射率小于0.16％。
通过利用这一原理，对于频率相差9.2GHz的光，如基于三能级∧型原子系综Raman集体激发过程产生的非经典关联Stokes和anti-Stokes光子对，可以高效的探测Stokes和anti-Stokes光子对，同时抑制由写脉冲或读脉冲在原子系综中产生的荧光背景，同时对于频率远失谐与原子共振跃迁线激光信号，也可以通过改变其温度，实现想要的光透射，不想要的光得到很好的抑制。
基于上述原理，我们将其利用于激光器的稳频系统，如图5所示。激光器为852nm半导体激光器，将三角波加入电流调制端对激光器进行扫描，激光通过光隔离器(OI)和λ/2波片垂直入射控温F-P标准具(温度～25.5℃)，透射的光进入探测器(PD)，得到透射谱线,如图6。将探测器信号输入到锁相放大器(Lock-in)，可以得到鉴频信号。将鉴频信号反馈到激光器，减小三角波扫描幅度并调节偏置电压，直至彻底关闭，调节比例积分放大器参数，实现激光器稳频。稳频后2分钟内残余的频率起伏约20MHz，如图7。
由于控温F-P标准具的共振透射频率与温度有着密切的关系(l＝l0[1+α*△T])，因此为了获得与原子跃迁线大失谐(几十GHz)的激光，可以根据△ν/△T～2.772GHz/℃，改变控温标准具的温度，同时适当调节激光器电流，将激光器频率稳定于想要的激光频率上。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种用于激光稳频系统的控温F-P标准具，包括透具(1)，其特征在于：
所述透具(1)的外部设置有控温炉(2)，所述控温炉(2)的外侧壁上设置有帕尔替元件(3)，所述帕尔替元件(3)的外侧壁上设置有散热片(4)，所述控温炉(2)的内部设置有热敏电阻(5)，所述控温炉(2)的外部设置有保温罩(6)，所述保温罩(6)的底部设置有底座(7)；
所述控温炉(2)为方形盒体，所述控温炉(2)的外侧壁两个相对面上均开设有通光口，两个所述通光口的内侧壁上均固定连接有增透片。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光稳频系统的控温F-P标准具，其特征在于：所述帕尔替元件(3)设置有四个，四个所述帕尔替元件(3)分别固定连接于控温炉(2)的外侧壁四个面上。
3.根据权利要求1所述的一种用于激光稳频系统的控温F-P标准具，其特征在于：所述保温罩(6)的内侧壁与四个散热片(4)的外侧壁相抵，所述控温炉(2)位于保温罩(6)的内部中心位置处。
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