[发明专利]用于原子钟准直扩束光斑直径变换装置

说明书

一种用于原子钟准直扩束光斑直径变换装置，激光光学系统通过光纤分别与第一光纤分束器和第二光纤分束器相连，在真空箱体上设置有原子发射器、与原子发射器相对应的CCD图像传感器、至少1个对射单元，对射单元由A准直扩束光斑直径变换器和B准直扩束光斑直径变换器构成，A准直扩束光斑直径变换器和B准直扩束光斑直径变换器对射安装在真空箱体壁上且光轴重合，A准直扩束光斑直径变换器通过光纤与第一光纤分束器相连，B准直扩束光斑直径变换器通过光纤与第二光纤分束器相连，所述的激光光学系统为激光控制器与激光器相连，激光器输出的激光依次经过饱和吸收光谱装置和声光调制器，输入到光纤耦合器。

技术领域

本发明属于光学设备技术领域，具体涉及到一种用于原子钟准直扩束光斑直径变换装置。

背景技术

目前原子钟冷原子团样品一般都采用磁光阱技术进行制备。磁光阱技术一般采用六束激光与磁场相配合来完成。六束激光分别通过各自相应的准直扩束镜筒2-2，进入到磁光阱中，与相应的磁场形成俘获原子区域，从而俘获原子，制备冷原子样品。原子钟的稳定度与准确度指标要求冷原子样品的数目尽可能多，密度尽可能小。这就要求尽可能不改变俘获原子数目前提下，扩大原子团的体积(改变原子团的形状)。

目前原子钟在制备冷原子样品中(扩大原子团体积同时，保证原子团数目不变)主要采用两种方式，一种是改变六束扩束激光光学参数(频率和功率)来达到改变原子团形状的目的，从而降低原子团的密度。这种方式的优点是不改变激光与准直扩束镜组的相对位置，不存在机械上的运动，可以保证激光通过准直扩束镜筒后的方向性，但是这种方式的缺点是增加了原子钟光学系统复杂性。(原子钟光学系统部分功能是实现对六束激光的频率与功率操控)另外一种方式是改变激光与准直扩束镜筒内部准直透镜组的相对位置，从而改变经过准直扩束镜筒后光强，以达到改变原子团形状的目的，这种方式无需改变六束激光的光学参数，但是需要改变激光与准直扩束镜筒内部准直透镜组之间的相对位置，存在机械运动，不能严格保证激光经过准直扩束镜筒后的方向性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有原子钟冷原子样品制备装置的缺点，提供一种设计合理、操作简单、保证激光的方向性的用于原子钟准直扩束光斑直径变换装置。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：激光光学系统通过光纤分别与第一光纤分束器和第二光纤分束器相连，在真空箱体上设置有原子发射器、与原子发射器相对应的CCD图像传感器、3个对射单元，对射单元由A准直扩束光斑直径变换器和B准直扩束光斑直径变换器构成，A准直扩束光斑直径变换器和B准直扩束光斑直径变换器对射安装在真空箱体壁上且光轴重合，A准直扩束光斑直径变换器和 B准直扩束光斑直径变换器的结构相同，3个对射单元的光轴交于一点，该交点位于真空箱体的空腔中，A准直扩束光斑直径变换器通过光纤与第一光纤分束器相连，B准直扩束光斑直径变换器通过光纤与第二光纤分束器相连；

所述的激光光学系统结构为：激光控制器与激光器相连，激光器输出的激光一部分进入饱和吸收光谱装置与激光控制器锁定激光的频率，另一部分经过声光调制器，输入到光纤耦合器。

作为一种优选的技术方案，3个对射单元的光轴在三维空间相互之间的夹角为120°或90°。

作为一种优选的技术方案，所述的A准直扩束光斑直径变换器的结构为：镜筒远离真空管体的一端端部设置有光纤接头，镜筒内沿着光的传输方向依次设置第一宽带偏振分光棱镜、凹透镜、二分之一波片、第二宽带偏振分光棱镜、双胶合透镜、液体透镜。

作为一种优选的技术方案，所述的第一宽带偏振分光棱镜与光纤接头之间的距离为9～20mm，第一宽带偏振分光棱镜与凹透镜之间的距离为2～7mm，所述的凹透镜与二分之一波片之间的距离为2～7mm，所述的二分之一波片与第二宽带偏振分光棱镜之间的距离为2～7mm，所述的第二宽带偏振分光棱镜与双胶合透镜之间的距离为15～100mm，所述的双胶合透镜与液体透镜2-8之间的距离为3～10mm。