[发明专利]一种用于冷原子实验的671nm激光系统

说明书

本发明公开了一种用于冷原子实验的671nm激光系统，该激光系统包括：种子激光器、泵浦源、光学谐振腔、激光晶体、倍频晶体以及频率锁定模块；所述激光晶体以及所述倍频晶体位于所述光学谐振腔内；所述泵浦源用于出射泵浦光；所述种子激光器用于出射种子光；所述泵浦光入射所述光学谐振腔后，在所述激光晶体内生成与所述种子光波长相同的基频激光；所述种子光与所述基频激光在所述光学谐振腔内振荡，并通过所述倍频晶体的倍频处理以及所述频率锁定模块的频率锁定处理，形成单频的预设波长的目标激光。本发明技术方案使用注入锁定腔内倍频技术，实现大功率单频671nm激光的输出，其频率可调，腔结构简单，易于实现，能够直接用于冷原子物理实验。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，更具体的说，涉及一种用于冷原子实验的671nm激光系统。

背景技术

近年来冷原子物理实验日益成为物理学热点研究领域之一。锂(Li)原子是冷原子实验研究量子气体的最佳选择之一，其研究需要使用与Li原子D谱线共振的671nm激光来冷却原子。为了实现尽可能多数量的量子简并气体，实验上一般需要瓦量级及以上的大功率单频激光器，同时激光的频率还需要可调谐，能够进行饱和吸收稳频等。目前实验中采用的商用单频可调谐671nm激光器普遍输出功率较小，不能满足实验日益增长的需求。

近期关于671nm波段全固态激光器的报道日渐增多，大部分集中在多纵模激光上，不能直接应用于冷原子物理实验。商用报道的单频671nm全固态激光功率有2.5W，然而其频率不能进行调谐，也没法进行频率锁定。国内专利报道的671nm激光器220mW，结构过程极其复杂，文献报道的获得了5.7W的单频671nm功率，然而其使用了独特加工的倍频晶体进行腔外倍频，复制难度极大，倍频效率也较低。

当前阶段，获得大功率可调谐单频671nm激光的最有效方法使用全固态激光器，一般的全固态激光器要实现单模必须在腔内插入法拉第旋转器、半波片以及标准具等光学元件，这些额外的元件会产生较多损耗，限制功率提升。使用注入锁定技术可以将微弱的种子激光注入到激光器的谐振腔，使之不需要其他器件就可沿注入方向形成环形腔，降低了腔内损耗，而在倍频产生671nm激光的方式上，为了倍频效率选择腔内倍频的方式更加合适，其倍频效率一般高于腔外倍频方式。一种公知的注入锁定腔内倍频激光器是中国专利CN105449511A所揭示的现有专利文献中公开的注入锁定腔内倍频激光器的环形腔是由六块腔镜组成，腔镜数量较多也会造成损耗增加，并且增加了成本和不稳定因素。

通过上述描述可知，目前还没有基于注入锁定腔内倍频技术的671nm激光器被报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于冷原子实验的671nm激光系统，使用注入锁定腔内倍频技术，实现大功率单频671nm激光的输出，其频率可调，腔结构简单，易于实现，能够直接用于冷原子物理实验。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种用于冷原子实验的671nm激光系统，所述激光系统包括：种子激光器、泵浦源、光学谐振腔、激光晶体、倍频晶体以及频率锁定模块；

所述激光晶体以及所述倍频晶体位于所述光学谐振腔内；

所述泵浦源用于出射泵浦光；

所述种子激光器用于出射种子光；

所述泵浦光入射所述光学谐振腔后，在所述激光晶体内生成与所述种子光波长相同的基频激光；

所述种子光与所述基频激光在所述光学谐振腔内振荡，并通过所述倍频晶体的倍频处理以及所述频率锁定模块的频率锁定处理，形成单频的预设波长的目标激光。

优选的，在上述激光系统中，所述光学谐振腔为四腔镜折叠型环腔；

所述为四腔镜折叠型环腔包括：第一平面镜、第二平面镜、第一凹面镜以及第二凹面镜；