CN115021050A - 一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，包括：双波长的法拉第反常色散原子滤光器，滤光器由第一格兰泰勒棱镜、第一铷原子气室、第二格兰泰勒棱镜、永磁铁构成，所述激光器还包括：宽带增益增透膜激光二极管和角锥反馈镜，所述宽带增益增透膜激光二极管发出的宽带荧光通过第一格兰泰勒棱镜、第一铷原子气室时，宽带荧光发生法拉第旋光效应使得偏振方向发生偏转后通过第二格兰泰勒棱镜，偏转后的宽带荧光垂直入射至角锥反馈镜，某一比例的荧光通过角锥反馈镜反射，按原路返回至宽带增益增透膜激光二极管，形成光学谐振腔，实现激光输出。本发明通过双波长激光拍频可同时产生超高频率稳定度的THz辐射源，结构简单，环境适应性极强。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器。
背景技术
THz源及THz间隔双波长激光器广泛应用于人们的生产生活中，其中超高频率稳定度、窄线宽、THz频率间隔的单腔双波长激光器及其差频产生的THz辐射源对于几何量精密测量、冷原子物理、激光光谱学、遥感测绘、信息通信、生物医学诊断、安全检测等领域都具有极其重要的意义。
具体来讲，双波长激光器的实现主要包括以下几类方法：利用声光移频产生双频激光、利用塞曼效应谱线分裂产生双频激光、利用特殊晶体作为增益介质，单频激光输入后输出双频激光、控制腔长产生双频激光(例如：双频氦氖激光)。基于声光移频实现双频激光器的方法，频差可控，但应用过程中大多需要再次对双频激光进行合束，且频差无法达到THz量级，限制了其应用范围；利用塞曼效应谱线分裂实现双频激光器的方法，目前已经较为成熟，但双频激光频差通常较低，同样无法达到THz量级，且频率稳定度不高，使得应用场景受限；利用特殊晶体作为增益介质，单频激光输入后输出双频激光的方法，激光器频率稳定度不高，且双频激光频差影响因素较多，较难精确控制；利用氦氖气体作为增益介质，设计腔长控制纵模间隔，可以实现双纵模氦氖激光器，其输出频差范围有限，且输出激光功率较低，限制其应用范围。同时上述方法中的激光频率锁定参考源均未锁定到原子跃迁，会存在一定误差，从而影响双频激光的绝对频率，不利于应用。
THz辐射源产生主要有电子学和光子学两大类方法。电子学方法主要包含以真空电子学为基础的反向波振荡器技术以及回旋管技术、自由电子激光器等，基于真空电子学的反向波振荡器技术产生的THz辐射源频率较低，一般小于1.5THz，频率超过1THz时输出功率会迅速降低，同时需要高压电场；基于真空电子学的回旋管技术，需要高压电场和冷却系统，同时持续工作时间较短，体积巨大，同时工作频段一般小于1THz；太赫兹自由电子激光器工作频段为100GHz-5THz，单色可连续调谐，但其造价极其昂贵，功耗高，体积庞大。
光子学主要包含以CO2激光泵浦为基础的太赫兹气体激光器、以半导体技术为基础的太赫兹量子级联激光器、以超快激光脉冲泵浦为基础的宽带太赫兹脉冲、以非线性光学频率变换为基础的太赫兹波差频辐射源、以非线性光学频率变换为基础的太赫兹波参量辐射源等。其中，基于CO2激光泵浦的太赫兹气体激光器调谐时需更换工作气体，结构复杂，体积较大；基于半导体技术的太赫兹量子级联激光器对运行环境要求较高，需在超低温环境下运转；基于超快激光脉冲泵浦的宽带太赫兹脉冲应用环境要求很高，同时价格昂贵。
电子学中除自由电子激光器外，其他方式产生的太赫兹辐射源普遍低于1.5THz，以光子学为基础的太赫兹辐射源产生方式虽然可以产生高频段的THz辐射源，但结构一般较为复杂，且对环境要求较高。
综上，一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器可以有效解决上述问题。
发明内容
本发明提供了一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，本发明以频率稳定于原子共振跃迁谱线的双波长激光为基本原理，目的在于实现超高频率稳定度、窄线宽的THz频率间隔的双波长法拉第激光器，并且该激光器双波长激光拍频可同时产生超高频率稳定度的THz辐射源，结构简单，环境适应性极强，详见下文描述：
一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，所述激光器包括：双波长的法拉第反常色散原子滤光器，所述滤光器由第一格兰泰勒棱镜、第一铷原子气室、第二格兰泰勒棱镜、永磁铁构成，所述激光器还包括：宽带增益增透膜激光二极管和角锥反馈镜，
所述宽带增益增透膜激光二极管发出的宽带荧光通过第一格兰泰勒棱镜、第一铷原子气室时，宽带荧光发生法拉第旋光效应使得偏振方向发生偏转后通过第二格兰泰勒棱镜，偏转后的宽带荧光垂直入射至角锥反馈镜，某一比例的荧光通过角锥反馈镜反射，按原路返回至宽带增益增透膜激光二极管，形成光学谐振腔，实现激光输出。
其中，所述第一格兰泰勒棱镜与第二格兰泰勒棱镜透射光的偏振方向互相垂直，所述第一铷原子气室与永磁铁为一体化结构。
进一步地，所述激光器还包括：在探测光光路中放置第二铷原子气室，通过调制解调将双频激光频率均锁定至对应的原子跃迁谱线上，使得激光绝对频率参考实现溯源。
其中，所述激光器还包括：准直透镜、压电陶瓷、第一反射镜，所述宽带增益增透膜激光二极管、准直透镜、双波长的法拉第反常色散原子滤光器、压电陶瓷、及第一反射镜组成了双波长法拉第激光模块。
进一步地，所述激光器还包括：稳频模块，
所述稳频模块包括：第二偏振分光棱镜、第一二向色镜、第三1/2波片、第一电光调制器、第四1/2波片、第二反射镜、第三反射镜、第五1/2波片、第二电光调制器、第六1/2波片、第四反射镜、第二二向色镜、第五反射镜、第二铷原子气室、第三偏振分光棱镜、第一信号发生器、第二信号发生器、第一光电探测器、第一混频器、第一伺服控制器、第二光电探测器、第二混频器及第二伺服控制器。
其中，所述激光器还包括：在第一反射镜后设置一光隔离器，激光经第二格兰泰勒棱镜输出后，经第一反射镜后，第一部分形成的激光经第二格兰泰勒棱镜、第一反射镜出射后，通过光隔离器的中心，调整光隔离器的入射面和出射面自带的第一1/2波片，使得输出的激光通过光隔离器后的输出功率最大。
其中，经第一偏振分光棱镜中心的第一反射光通过第二1/2波片的中心，入射至第二偏振分光棱镜中心，经第二偏振分光棱镜后，入射光变为两束传播方向垂直的光，即第二透射光和第二反射光，
第二透射光经第二二向色镜后，780nm和795nm激光分开，780nm探测光经第二二向色镜、795nm探测光经第五反射镜均透过第二铷原子气室后入射至第三偏振分光棱镜，分别由两个光电探测器进行探测；第二反射光经第一二向色镜后，780nm和795nm激光分开，780泵浦光经第三1/2波片中心、第一电光调制器中心、第四1/2波片中心后，经第二反射镜入射至第三偏振分光棱镜，经反射使得780泵浦光与780探测光合束；795泵浦光经第四反射镜中心、第五1/2波片中心、第二电光调制器中心、第六1/2波片中心后，经第五反射镜入射至第三偏振分光棱镜，经反射使得795泵浦光与795探测光合束。第二1/2波片用于调节第二透射光和第二反射光的光强比例；
第三1/2波片用于将780泵浦光偏振态由S偏振改为P偏振，第四1/2波片用于将经第一电光调制器调制后的光偏振态由P偏振改为S偏振，经第三偏振分光棱镜发生反射。
第五1/2波片用于将795泵浦光偏振态由S偏振改为P偏振，第六1/2波片用于将经第二电光调制器调制后的光偏振态由P偏振改为S偏振，经第三偏振分光棱镜发生反射。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
1、本发明创造性的实现了高透射率、两个激光模式间隔为7.12778THz的双波长法拉第反常色散原子滤光器；
2、本发明使用宽带增益的激光二极管，其增益带宽可覆盖780nm(对应铷原子5S1/2-5P3/2跃迁)至795nm(对应铷原子5S1/2-5P1/2跃迁)，激光输出模式由法拉第反常色散原子滤光器(FADOF)透射峰决定，而FADOF透射峰对应于原子跃迁，因此本发明中THz间隔双波长法拉第激光器能够同时溯源铷原子的两种波长的量子跃迁；双波长激光中包含两个频率成分，将每个频率成分的激光都利用稳频模块锁定至对应的铷原子跃迁谱线，可以产生超高频率稳定度、窄线宽的THz间隔双波长法拉第激光，通过双波长激光拍频便可产生THz辐射源；
3、双波长差频产生的THz辐射源可以溯源至对应的原子跃迁谱线，进而精密控制THz辐射源的频率。
附图说明
图1为本发明提供的双波长法拉第反常色散原子滤光器的透射谱图；
图2为本发明提供的一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器的生成流程图；
图3为本发明提供的一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器的光路结构图；
图4为本发明提供的一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器采用平面反馈输出镜的光路结构图；
图5为角锥反馈镜示意图。
其中，各标号所代表的部件列表如下：
1：宽带增益增透膜激光二极管； 2：准直透镜；
3：第一格兰泰勒棱镜； 4：永磁铁；
5：第一铷原子气室； 6：第二格兰泰勒棱镜；
7：角锥反馈镜； 8：压电陶瓷(PZT)；
9：第一反射镜； 10：光隔离器；
11：第一1/2波片； 12：第一偏振分光棱镜；
13：第二1/2波片； 14：第二偏振分光棱镜；
15：第一二向色镜； 16：第三1/2波片；
17：第一电光调制器； 18：第四1/2波片；
19：第二反射镜； 20：第三反射镜；
21：第五1/2波片； 22：第二电光调制器；
23：第六1/2波片； 24：第四反射镜；
25：第二二向色镜； 26：第五反射镜；
27：第二铷原子气室； 28：第三偏振分光棱镜；
29：第一信号发生器； 30：第二信号发生器；
31：第一光电探测器； 32：第一混频器；
33：第一伺服控制器； 34：第二光电探测器；
35：第二混频器； 36：第二伺服控制器；
37：双波长的法拉第反常色散原子滤光器；
111：第一透射光； 112：第一反射光；
1121：第二透射光(探测光)； 1122：第二反射光(泵浦光)；
1122-1：780泵浦光； 1122-2：795泵浦光；
11222-1：780探测光； 11222-2：795探测光。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
参见图1，本发明实施例提供了一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，该激光器的组成部件主要由双波长的法拉第反常色散原子滤光器构成，该双波长的法拉第反常色散原子滤光器用于选模和滤光。
其中，该双波长法拉第反常色散原子滤光器由第一格兰泰勒棱镜、第一铷原子气室、第二格兰泰勒棱镜、永磁铁构成，其中第一格兰泰勒棱镜与第二格兰泰勒棱镜透射光的偏振方向互相垂直，第一铷原子气室与永磁铁为一体化结构。宽带增益增透膜激光二极管发出的宽带荧光通过第一格兰泰勒棱镜，由于磁光效应，通过第一铷原子气室时，由于在光传播方向上存在磁场，故荧光会发生法拉第旋光从而使得偏振方向发生一定的偏转。
本发明实施例中通过在自主创新设计的双波长法拉第反常色散原子滤光器中设定特定的气室温度、磁场强度，原子气室密度等，使得宽带荧光中仅有两个特定频率的光(780nm和795nm)可以在通过原子气室后偏振方向旋转90°，则此部分光会最大限度的通过第二格兰泰勒棱镜。通过第二格兰泰勒棱镜后，垂直入射至角锥反馈镜，而后又会有90％以上比例的光通过角锥反馈镜反射，从而与入射光平行反向的按原路返回至宽带增益增透膜激光二极管，形成光学谐振腔，实现激光输出。经上述过程双波长法拉第反常色散原子滤光器便选出两个激光模式，且这两个激光模式的频率分别对应于第一铷原子气室中碱金属原子基态的两个超精细能级共振跃迁频率，780nm对应5S1/2-5P3/2跃迁，795nm对应5S1/2-5P1/2跃迁，相应的选出这两个波长(780nm和795nm)对应的频率之差即为铷原子两个跃迁谱线的间隔。
通过设置泵浦光光强和探测光光强比例，在探测光光路中放置第二铷原子气室，在探测光路中利用电光调制器引入调制信号，而后通过调制解调便可将双频激光频率均锁定至对应的原子跃迁谱线上，使得激光绝对频率参考实现溯源。
实施例1
本发明实施例介绍了一种能利用原子共振跃迁且现象明显的良好性质，以频率均锁定至对应原子共振跃迁谱线的THz间隔单腔双波长法拉第激光为基本原理，目的在于实现超高频率稳定度、窄线宽的THz间隔单腔双波长法拉第激光器，详见下文描述：
参见图3，THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器包括：双波长法拉第激光模块、光隔离器10、第一1/2波片11、第一偏振分光棱镜12、第二1/2波片13及稳频模块。双波长法拉第激光模块满足激光起振条件后，从内部的第二格兰泰勒棱镜6输出包含两个频率成分的双波长法拉第激光，双波长法拉第激光经过第一反射镜9、光隔离器10、第一1/2波片11、第一偏振分光棱镜12后，分为偏振方向垂直的两束光(第一透射光111和第一反射光112)，第一反射光112经第二1/2波片13后进入稳频模块，将双波长法拉第激光的两个频率锁定至对应的原子跃迁谱线实现激光稳频，稳频后第一透射光111即为超高频率稳定度、窄线宽THz间隔单腔双波长法拉第激光器的使用激光，可作为THz辐射源，也可使用两个波段的单频激光。
具体实现时，双波长法拉第激光模块包括：宽带增益增透膜激光二极管1、准直透镜2、第一格兰泰勒棱镜3、永磁铁4、第一铷原子气室5、第二格兰泰勒棱镜6、角锥反馈镜7、压电陶瓷(PZT)8、及第一反射镜9，其中第一格兰泰勒棱镜3、永磁铁4、第一铷原子气室5、第二格兰泰勒棱镜6构成双波长法拉第反常色散原子滤光器37，永磁铁4用于提供沿光传播方向的轴向磁场。
具体实现时，稳频模块包括：第二偏振分光棱镜14、第一二向色镜15、第三1/2波片16、第一电光调制器17、第四1/2波片18、第二反射镜19、第三反射镜20、第五1/2波片21、第二电光调制器22、第六1/2波片23、第四反射镜24、第二二向色镜25、第五反射镜26、第二铷原子气室27、第三偏振分光棱镜28、第一信号发生器29、第二信号发生器30、第一光电探测器31、第一混频器32、第一伺服控制器33、第二光电探测器34、第二混频器35及第二伺服控制器36。
固定宽带增益增透膜激光二极管1和准直透镜2之间的相对位置，使得宽带增益增透膜激光二极管1发射出的荧光准确通过准直透镜2；放置双波长法拉第反常色散原子滤光器37，在第一格兰泰勒棱镜3后设置功率计，旋转准直透镜2，使得宽带增益增透膜激光二极管1发射的荧光最大限度透过第一格兰泰勒棱镜3的中心；同时能够透过第一铷原子气室5的中心；放置角锥反馈镜7和压电陶瓷(PZT)8，使得宽带增益增透膜激光二极管1发出的荧光能够垂直入射至角锥反馈镜7的中心并沿原路反馈至宽带增益增透膜激光二极管1。在第一铷原子气室5后设置第二格兰泰勒棱镜6，使得入射光和经角锥反馈镜7反射回来的光均透过第二格兰泰勒棱镜6的中心，设定特定的第一铷原子气室温度，使得特定频率的光发生偏转，最后通过腔内多次振荡，形成激光输出。
在第一反射镜9后设置一光隔离器10，激光经第二格兰泰勒棱镜6输出后，经第一反射镜9后，第一部分形成的激光经第二格兰泰勒棱镜6、第一反射镜9出射后，通过光隔离器10的中心，调整光隔离器10的入射面和出射面自带的第一1/2波片11，使得输出的激光通过光隔离器10后的输出功率最大。
经第一偏振分光棱镜12中心的第一反射光112通过第二1/2波片13的中心，入射至第二偏振分光棱镜14中心，经第二偏振分光棱镜14后，入射光变为两束传播方向垂直的光，即第二透射光1121(探测光)和第二反射光1122(泵浦光)。
第二透射光1121(探测光)经第二二向色镜25后，780nm和795nm激光分开，780nm探测光经第二二向色镜25反射、795nm探测光经第五反射镜26反射，均透过第二铷原子气室27后入射至第三偏振分光棱镜28，分别由第一光电探测器31和第二光电探测器34进行探测；第二反射光1122(泵浦光)经第一二向色镜15后，780nm和795nm激光分开，780泵浦光1122-1经第三1/2波片16中心、第一电光调制器17中心、第四1/2波片18中心后，经第二反射镜19入射至第三偏振分光棱镜28，经反射使得780泵浦光1122-1与780探测光11222-1合束，以便利用调制转移谱实现稳频；795泵浦光1122-2经第四反射镜20中心、第五1/2波片21中心、第二电光调制器22中心、第六1/2波片23中心后，经第五反射镜24入射至第三偏振分光棱镜28，经反射使得795泵浦光1122-2与795探测光11222-2合束，以便利用调制转移谱实现稳频。第二1/2波片13用于调节第二透射光1121(探测光)和第二反射光1122(泵浦光)的光强比例。第三1/2波片16用于将780泵浦光1122-1偏振态由S偏振改为P偏振，以便能够响应第一电光调制器17的调制，第四1/2波片18用于将经第一电光调制器17调制后的光偏振态由P偏振改为S偏振，以便能够经第三偏振分光棱镜28发生反射；第五1/2波片21用于将795泵浦光1122-2偏振态由S偏振改为P偏振，以便能够响应第二电光调制器22的调制，第六1/2波片23用于将经第二电光调制器22调制后的光偏振态由P偏振改为S偏振，以便能够经第三偏振分光棱镜28发生反射。
依据第一伺服控制器33和第二伺服控制器36进行双波长激光频率分别锁定，从而获得超高稳定度、窄线宽的THz间隔单腔双波长拉法第激光。
综上所述，本发明实施例以频率锁定至原子共振跃迁谱线的单腔双频激光为基本原理，实现了超高稳定度、窄线宽的THz间隔单腔双波长法拉第激光。
实施例2
下面结合图1-图3对实施例1中设计的激光器的原理进行详细描述：
一、首先通过准直透镜2准直宽带增益增透膜激光二极管1发射出的荧光，使其在传播5米范围内光斑大小保持恒定且光高恒定(即出射光平行输出，且在传播过程中出射光的高度恒定不变)，固定宽带增益增透膜激光二极管1和准直透镜2之间的相对位置；放置双波长法拉第反常色散原子滤光器37，在第一格兰泰勒棱镜3后设置功率计，旋转准直透镜2，使得宽带增益增透膜激光二极管1发射的荧光最大限度透过第一格兰泰勒棱镜2的中心；同时能够透过第一铷原子气室5的中心；放置角锥反馈镜7和压电陶瓷(PZT)8，使得宽带增益增透膜激光二极管1发出的荧光能够垂直入射至角锥反馈镜7中心并沿原路反馈至宽带增益增透膜激光二极管1。通过设置第二格兰泰勒棱镜6，使得入射光和经角锥反馈镜7反射回来的光均透过其中心，设定特定的第一铷原子气室温度，使得特定频率的光发生偏转，最后通过腔内多次振荡，形成激光输出。
其中，第一铷原子气室的温度根据实际应用中的需要进行设定，本发明实施例对此不做赘述。
其中，调节反馈形成过程要保证准直透镜2的出射荧光的准直与光高恒定效果，从而确保宽带增益增透膜激光二极管1发射出的荧光，均通过各器件中心，且经过角锥反馈镜7反射后能够沿原路返回，尽量减少能量损失，角锥反馈镜7也可为平面反馈输出镜，光路图如图4所示。
其中，宽带增益增透膜激光二极管1为增益带宽可覆盖780nm至795nm的外腔半导体激光管，此增益带宽范围均为本发明范围之内，增透镀膜可以极大地削弱内腔模的竞争，进一步地抑制工作电流变化、工作温度变化和外界环境扰动，例如：机械振动带来的内腔模的抖动，使得激光频率更加稳定。
第一铷原子气室5端面的内外表面都增透镀膜，能够增大原子气室的透过率，增强光反馈，以更好地抑制边模，减小了等效噪声带宽，最终得到线宽极窄、频率极稳定的THz间隔双波长法拉第激光。
参见图5，角锥反馈镜7为入射面镀增透膜，使得入射光可以最大限度的透过，后反射表面外侧镀金属反射膜，从而可以利用后反射表面实现镜面反射，以最大限度减少入射光偏振态的变化，同时抑制引入的椭圆度。当换为平面反馈输出镜时，入射面镀反射膜，使得一部分光反射，另一部分光透射，后表面镀增透膜，使得透射光输出。根据不同宽带增益增透膜激光二极管起振条件的不同，入射面镀膜的反射透射比例有所不同，但均在本发明范围之内。
二、在第一反射镜9后设置一光隔离器10，第一部分形成的激光经第二格兰泰勒棱镜6、第一反射镜9出射后，通过光隔离器10的中心，调整光隔离器10的入射面和出射面自带的第一1/2波片11，使得输出的激光通过光隔离器10后的输出功率最大。
其中，上述调整光隔离器10的入射面和出射面自带的第一1/2波片11的操作具体为：
第一反射镜9出射后的激光通过第一1/2波片11的中心后、又通过第一偏振分光棱镜12的中心后，出射后的激光变为两束传播方向垂直的激光，即第一透射光111和第一反射光112。第一1/2波片11用于调节第一透射光111和第一反射光112的光强比例。
三、经第一偏振分光棱镜12中心的第一反射光112通过第二1/2波片13中心，入射至第二偏振分光棱镜14中心，经第二偏振分光棱镜14后，入射光变为两束传播方向垂直的光，第二透射光1121(探测光)和第二反射光1122(泵浦光)。第二透射光1121(探测光)经第二二向色镜25后，780nm和795nm激光分开，780nm探测光经第二二向色镜25反射、795nm探测光经第五反射镜26反射，均透过第二铷原子气室27后入射至第三偏振分光棱镜28，分别由第一光电探测器31和第二光电探测器34进行探测；第二反射光1122(泵浦光)经第一二向色镜15后，780nm和795nm激光分开，780泵浦光1122-1经第三1/2波片16中心、第一电光调制器17中心、第四1/2波片18中心后，经第二反射镜19入射至第三偏振分光棱镜28，经反射使得780泵浦光1122-1与780探测光11222-1合束，以便利用调制转移谱实现稳频；795泵浦光1122-2经第四反射镜20中心、第五1/2波片21中心、第二电光调制器22中心、第六1/2波片23中心后，经第五反射镜24入射至第三偏振分光棱镜28，经反射使得795泵浦光1122-2与795探测光11222-2合束，以便利用调制转移谱实现稳频。第二1/2波片13用于调节第二透射光1121(探测光)和第二反射光1122(泵浦光)的光强比例。第三1/2波片16用于将780泵浦光1122-1偏振态由S偏振改为P偏振，以便能够响应第一电光调制器17的调制，第四1/2波片18用于将经第一电光调制器17调制后的光偏振态由P偏振改为S偏振，以便能够经第三偏振分光棱镜28发生反射；第五1/2波片21用于将795泵浦光1122-2偏振态由S偏振改为P偏振，以便能够响应第二电光调制器22的调制，第六1/2波片23用于将经第二电光调制器22调制后的光偏振态由P偏振改为S偏振，以便能够经第三偏振分光棱镜28发生反射。
其中，780泵浦光1122-1与780探测光11222-1的合束效果，以及795泵浦光1122-2与795探测光11222-2的合束效果直接影响调制转移谱稳频效果，故两束光必须进行很好的合束，确保光路完全重合，且光强比例控制合理。
四、在光路调节完成后，依据第一伺服控制器33和第二伺服控制器36进行双波长激光频率分别锁定，从而获得超高稳定度、窄线宽的THz间隔单腔双波长拉法第激光。由于780nm(5S1/2-5P3/2)和795nm(5S1/2-5P1/2)对应的激光频率均锁定至对应的原子跃迁谱线，实现频率参考溯源，故二者拍频可产生高稳定度的THz频差，例如：7.12778THz。
综上所述，本发明实施例以频率锁定至原子共振跃迁谱线的单腔双频激光为基本原理，实现了超高稳定度、窄线宽的THz间隔单腔双波长法拉第激光。
实施例3
下面结合图3对本发明实施例提供的超高稳定度、窄线宽的THz间隔单腔双波长法拉第激光器进行详细说明。
本发明实施例是基于宽带增益增透膜激光二极管1的增益范围从780nm(5S1/2-5P3/2)覆盖至795nm(5S1/2-5P1/2)和高透射率、两个激光模式间隔为7.12778THz的双波长法拉第反常色散原子滤光器获得超高稳定度、窄线宽的THz间隔单腔双波长法拉第激光的，光路设计如图3所示，具体操作如下：
本发明实施例中的稳频模块采用调制转移谱稳频为例进行说明。调制转移谱稳频模块用于将双波长激光中的两个激光频率锁定至对应的原子谱线。按照图3搭建光路后，调制转移谱稳频模块会产生相应频率原子共振跃迁(5S1/2-5P3/2和5S1/2-5P1/2)的参考信号。以780nm为例，利用第一信号发生器29作为第一电光调制器17的驱动信号，对780nm泵浦光1122-1进行调制，将第一光电探测器31探测到的光信号转换为电信号后输入至混频器32，与第一信号发生器29输出给第一电光调制器17的驱动信号进行混频获得误差信号，将误差信号作为第一伺服控制器33的输入，第一伺服控制器33产生的输出用于反馈控制宽带增益增透膜激光二极管1的电流，同时通过控制压电陶瓷(PZT)8的腔长，使得激光频率锁定至对应的原子跃迁谱线上，从而双波长法拉第激光对应的频率锁定时，其锁定参考能够溯源至对应的原子跃迁，用于保证超高稳定度、窄线宽的THz间隔单腔双波长法拉第激光的产生。
综上所述，本发明以频率锁定至原子共振跃迁谱线的单腔双波长激光为基本原理，实现了超高稳定度、窄线宽的THz间隔单腔双波长法拉第激光。本发明将在几何量精密测量、冷原子物理、激光光谱学等工作上发挥积极作用，以其利用单腔产生THz间隔双波长法拉第激光，两个激光频率之差即拍频信号便为THz间隔，同时双频激光的激光频率锁定至对应原子跃迁谱线，将装置复杂程度与成本大幅度降低，稳定性大幅度提升。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (7)
1.一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，其特征在于，所述激光器包括：双波长的法拉第反常色散原子滤光器，所述滤光器由第一格兰泰勒棱镜、第一铷原子气室、第二格兰泰勒棱镜、永磁铁构成，所述激光器还包括：宽带增益增透膜激光二极管和角锥反馈镜，
所述宽带增益增透膜激光二极管发出的宽带荧光通过第一格兰泰勒棱镜、第一铷原子气室时，宽带荧光发生法拉第旋光效应使得偏振方向发生偏转后通过第二格兰泰勒棱镜，偏转后的宽带荧光垂直入射至角锥反馈镜，某一比例的荧光通过角锥反馈镜反射，按原路返回至宽带增益增透膜激光二极管，形成光学谐振腔，实现激光输出。
2.根据权利要求1所述的一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，其特征在于，所述第一格兰泰勒棱镜与第二格兰泰勒棱镜透射光的偏振方向互相垂直，所述第一铷原子气室与永磁铁为一体化结构。
3.根据权利要求1所述的一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，其特征在于，所述激光器还包括：在探测光光路中放置第二铷原子气室，通过调制解调将双频激光频率均锁定至对应的原子跃迁谱线上，使得激光绝对频率参考实现溯源。
4.根据权利要求1所述的一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，其特征在于，所述激光器还包括：准直透镜、压电陶瓷、第一反射镜，所述宽带增益增透膜激光二极管、准直透镜、双波长的法拉第反常色散原子滤光器、压电陶瓷、及第一反射镜组成了双波长法拉第激光模块。
5.根据权利要求3所述的一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，其特征在于，所述激光器还包括：稳频模块，
所述稳频模块包括：第二偏振分光棱镜、第一二向色镜、第三1/2波片、第一电光调制器、第四1/2波片、第二反射镜、第三反射镜、第五1/2波片、第二电光调制器、第六1/2波片、第四反射镜、第二二向色镜、第五反射镜、第二铷原子气室、第三偏振分光棱镜、第一信号发生器、第二信号发生器、第一光电探测器、第一混频器、第一伺服控制器、第二光电探测器、第二混频器及第二伺服控制器。
6.根据权利要求4所述的一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，其特征在于，所述激光器还包括：在第一反射镜后设置一光隔离器，激光经第二格兰泰勒棱镜输出后，经第一反射镜后，第一部分形成的激光经第二格兰泰勒棱镜、第一反射镜出射后，通过光隔离器的中心，调整光隔离器的入射面和出射面自带的第一1/2波片，使得输出的激光通过光隔离器后的输出功率最大。
7.根据权利要求5所述的一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，其特征在于，经第一偏振分光棱镜中心的第一反射光通过第二1/2波片的中心，入射至第二偏振分光棱镜中心，经第二偏振分光棱镜后，入射光变为两束传播方向垂直的光，即第二透射光和第二反射光，
第二透射光经第三反射镜，透过第二铷原子气室中心后入射至第三偏振分光棱镜中心，由光电探测器进行探测；第二反射光经第三1/2波片中心、电光调制器中心、第四1/2波片中心后，经第二反射镜入射至第三偏振分光棱镜中心，经反射使得第四反射光与第二透射光合束；第二1/2波片用于调节第二透射光和第二反射光的光强比例；
第三1/2波片用于将第二反射光偏振态由S偏振改为P偏振，第四1/2波片用于将经电光调制器调制后的光偏振态由P偏振改为S偏振，经第三偏振分光棱镜发生反射。
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