[发明专利]薄池无多普勒展宽吸收光谱稳频装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光稳频技术，具体是一种薄池无多普勒展宽吸收光谱稳频装置。

背景技术

激光作为现代科学技术的重要标志，已经在文化娱乐、工业应用和科学研究等诸多领域得到广泛的应用。频率稳定是激光的重要特性之一，这就使得激光的稳频技术更加得到重视。激光频率的稳定对研究高分辨率分子和原子光谱、激光干涉测量、冷却和俘获原子、光纤通信、频率选择光学资料存储具有重要意义。激光稳频技术是激光物理学、光谱学和电子学高度结合的产物，其随着激光应用的发展而发展。激光稳频技术既是尖端科学的关键组成部分，也是基础科学研究的重要工具，其在现代科学技术中发挥着越来越重要的作用。

在激光稳频技术的发展初期，由于只是关注参数稳定、工作状态和周围环境的调控，激光频率稳定度只能达到10^-8数量级，收效甚微。上世纪六十年代中期，日本的霜田光一等人提出用甲烷吸收线来稳定激光频率后, 激光频率稳定度激增, 很快达到10^-11数量级。而后，激光稳频技术又进入了一个新阶段，即利用原子、分子的跃迁谱线来锁定激光频率，从而实现激光频率稳定，目前国内外通常采用的正是此种技术。此种技术通过解调原子饱和吸收光谱得到薄池鉴频信号来锁定激光频率，得到了很好的稳频效果。但是光谱线的增宽效应掩盖了光谱结构的细节，成为限制激光频率稳定度提高的主要因素。光谱线增宽的来源有三个因素：谱线的自然宽度、压致（碰撞）增宽、多普勒增宽。其中，当压力小于1333Pa（10mmHg）时，压致增宽并不严重，与自然宽度有相同数量级。而多普勒增宽通常比自然宽度大两个数量级，是实际谱线宽度的主要成分。因此，若能消除多普勒增宽，即可消除光谱线增宽，从而提高激光频率稳定度。基于此，为了解决现有激光稳频技术受多普勒增宽影响其激光频率稳定度提高受到限制的问题，发明一种全新的多普勒增宽消除技术成为了必然。

发明内容

本发明为了解决现有激光稳频技术受多普勒增宽影响其激光频率稳定度提高受到限制的问题，提供了一种薄池无多普勒展宽吸收光谱稳频装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：薄池无多普勒展宽吸收光谱稳频装置，包括半导体激光器、偏振分束棱镜、吸光片、光电探测器、白玻璃片、锁相放大器、单光子探测器、示波器；半导体激光器的出射端与偏振分束棱镜的入射端之间设有由激光隔离器和半波片依次串接而成的光路；偏振分束棱镜的反射出射端与白玻璃片的入射端之间设有第二全反射镜；白玻璃片的反射出射端与光电探测器之间设有由第一全反射镜、铯原子蒸汽泡、半透射半反射镜依次串接而成的光路；半透射半反射镜设于白玻璃片的透射出射端与吸光片之间；偏振分束棱镜的透射出射端与单光子探测器之间设有由第三全反射镜、第四全反射镜、光强衰减片、第一凸透镜、第二凸透镜、铯原子蒸汽薄池、第三凸透镜依次串接而成的光路；光电探测器与示波器之间连接有第一BNC线；锁相放大器与半导体激光器之间连接有第二BNC线；锁相放大器与示波器之间连接有第三BNC线；单光子探测器与锁相放大器之间连接有第四BNC线。