[发明专利]一种模块化冷原子用激光系统

说明书

本发明涉及一种模块化冷原子用激光系统，包括：激光器模块、光开关模块、锁频模块和拍频模块；两个激光器模块均通过激光输出端口将激光输入拍频模块；一个激光器模块的激光波长调制输入端口和激光输出端口与锁频模块连接，对该激光器模块输出的激光进行锁频；另一个激光器模块的激光波长调制输入端口和激光输出端口与拍频模块连接，实现两个激光器模块的输出频率差锁定；光开关模块根据输入的控制信号改变输入光通过比例，各个激光器模块的输出激光分别经过对应的各个光开关模块后输出；依据冷原子量子精密测量装置需求，将激光系统的激光源，频率稳定与控制，激光分束合束等功能模块化，极大降低了激光系统的设计难度。

技术领域

本发明涉及冷原子技术领域，尤其涉及一种模块化冷原子用激光系统。

背景技术

冷原子技术是通过操控原子量子态变化，实现原子物理特性研究、精密测量的技术，应用在量子通信，原子钟，原子重力仪，量子模拟等多个领域。操控原子量子态变化过程通常包括原子冷却囚禁，原子量子态制备，物资波干涉，量子态布局探测等，涉及冷却激光，回泵激光，拉曼激光，探测激光等多种频率的激光。原子量子态变化的一种形式体现在原子能级跃迁，要求激光器模块输出的激光线宽优于能级展宽。不同量子态间变化对应不同频率的激光。因此，激光器模块输出激光的频率需通过锁定、调制等方式实现指定频率、窄线宽激光输出。

当前冷原子激光系统的设计研制包含激光器模块选型，光学元件，激光调制器件，电路设计，光路设计和装配等工作。其中激光器模块分为光纤激光器模块，分布反馈式半导体激光器模块，分布布拉格反射激光器模块，垂直腔表面发射激光器模块等多种类型。不同类型的激光器模块需求的温度控制，波长调节方式以及激光输出形式各不相同。类似的，光学元件，激光调制器件，电路设计，光路设计和装配工艺同样存在着该现象。因此，常常导致不同冷原子量子精密测量系统的激光系统不具备互换性，维修性较差，影响了量子精密测量系统的保障维护。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种模块化冷原子用激光系统，依据冷原子量子精密测量装置需求，将激光系统的激光源，频率稳定与控制，激光分束合束等功能模块化，极大降低了激光系统的设计难度；各模块间由光纤和电缆连接，生产工艺简单，易于维修替换，也利于提升系统环境适应性，在推进冷原子装置工程化具有重要意义。

根据本发明的第一方面，提供了一种模块化冷原子用激光系统，包括：激光器模块、光开关模块、锁频模块和拍频模块；所述激光器模块和所述光开关模块的数量均为至少两个；

所述激光器模块包括：窄线宽激光器及端口，所述端口包括激光输入接口、激光输出端口和激光波长调制输入端口；

两个所述激光器模块均通过激光输出端口将激光输入所述拍频模块；一个所述激光器模块的激光波长调制输入端口和激光输出端口与所述锁频模块连接，对该激光器模块输出的激光进行锁频；另一个所述激光器模块的激光波长调制输入端口和激光输出端口与所述拍频模块连接，实现两个所述激光器模块的输出频率差锁定；

所述光开关模块根据输入的控制信号改变输入光通过比例，各个所述激光器模块的输出激光分别经过对应的各个所述光开关模块后输出。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

可选的，所述激光器模块包括：激光输出端口一和激光输出端口二；

一个所述激光器模块的激光输出端口一与所述拍频模块连接，激光输出端口二将射出的激光输入所述拍频模块。

可选的，述锁频模块包括激光输入端口一和反馈电压输出端口；

一个所述激光器模块的激光输出端口一与所述锁频模块的激光输入端口一连接，所述锁频模块的反馈电压输出端口与所述激光器模块的激光波长调制输入端口连接，将所述激光器模块的频率锁定在原子冷却激光附近的指定频率上。