[发明专利]基于单离子光频标的激光脉冲时序产生控制方法

说明书

技术领域

本发明属于毫秒量级的激光脉冲控制技术，具体涉及一种基于单离子光频标的激光脉冲时序产生控制方法。

背景技术

原子光频标中原子态的制备和探测通常采用拉比(Rabi)脉冲的方法，此方法需要获得毫秒量级的激光脉冲，通过控制激光脉冲的时序从而实现离子的激光冷却和钟跃迁探测。通常有两种器件获得激光脉冲，一种是声光调制器，即声光开关；另一种是机械开关。前者的反应速度非常快，通常在1微秒以下，但关光前后的消光比通常只能达到20-30dB，；后者的反应速度比前者慢，通常需要1毫秒左右，甚至更长，但是消光比高，通常可以到达50到60dB以上。在实验上，由于时序中泄漏的光会产生交流斯塔克效应，从而造成光频移，影响频标的不确定度。特别是冷却光用的功率较大，影响非常明显。因此，通常的方法是声光调制器和机械开光结合使用，已达到好的消光比，但是这无法解决开关速度问题。目前实验上产生脉冲时序的方法是基于Labview编写的计算机程序，利用软件时钟同步各个脉冲的起始和结束，同时通过数字模拟(D/A)板卡控制声光调制器和机械开关的打开和关断。这种方法的优点是Labview为图形化编程软件，对编程人员的要求比较低。缺点在于程序运行速度慢，若需要控制的激光束比较多的情况下，时序的总长度很难压缩得很短。例如我们研制的囚禁冷却单离子光频标中，实验中需要利用波长为397nm、866nm、854nm和729nm的四路激光。其中397nm和854nm激光的脉冲长度需要控制在2-3毫秒，854nm激光的脉冲长度控制在1毫秒，729nm激光的脉冲长度希望控制在6-7毫秒。总的脉冲周期控制在10ms。之所以要求729nm激光脉冲时间长，是因为它的是时间长短决定了得到的跃迁谱线的傅里叶极限线宽。脉冲时间越长，傅里叶极限线宽越窄，得到的钟跃迁频率越准确。

但同时729nm激光脉冲又不能太长，有三个原因：一是受限于激光器本身的时间相干性，激光的线宽越窄，相干时间越长。根据目前的情况，一般控制在6-7ms比较合适。二是过长的时间会给整机带来光频移。三是反馈的伺服时间变长，无法得到短时间的频率稳定度。总的脉冲周期控制在10毫秒以内，这样才能尽量压缩频标锁定之后的反馈时间，从而可以得到短时间内的频标稳定度指标。若是采用基于Labview的控制程序并且AD板进行器件的控制，达不到实验的要求。此外，传统的控制时序中，729nm光脉冲的使能时间只占整个时序的30-40％。有效时间(duty time)不高，影响了时序的效率。

发明内容

鉴于上述技术在解决获得激光脉冲问题时的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于单离子光频标的激光脉冲时序产生控制方法，从而解决上述问题。

本发明的技术方案是：种基于单离子光频标的激光脉冲时序产生控制方法，它是利用单片机输出脉冲信号，控制声光调制器上所加射频信号的开和关，以控制激光通过声光调制器的开关，从而实现激光脉冲时序产生；同时，采用激光两次通过声光调制器的方法，提高激光斩断之后的隔离度。

在激光两次通过声光调制器过程中，单片机输出脉冲信号，控制声光调制器上所加射频信号的开和关。

所述激光两次通过声光调制器是激光束第一次通过声光调制器后，利用反射镜再次通过声光调制器。

所述基于单离子光频标的激光脉冲时序产生控制方法，其特征在于所述单片机输出脉冲信号：是通过单片机内部以晶振作为时钟进行定时计数，实现输出方波单片机的晶体震荡器经过12分频后获得的一个脉冲源。

单片机输出脉冲信号时，用外部高稳时钟控制单片机的时间同步，

所述外部高稳时钟是原子钟。

单片机通过220V交流转5V直流电路直接给单片机供电。

单片机输出四路方波脉冲信号，第一路方波脉冲信号控制第一声光调制器开关与第一激光叠加，第二方波脉冲信号控制第二声光调制器开关与第二激光叠加和第三激光叠加，第三路方波脉冲信号控制第三声光调制器开关与第四激光叠加；实现单片机对激光脉冲时序产生的控制。

第四路方波脉冲信号控制第四声光调制器开关与荧光采集脉冲叠加，实现激光的输出控制和对荧光采集脉冲的控制。