[发明专利]用于饱和光谱学的简单、低功率的微系统

说明书

本申请要求2011年6月29日提交的美国临时申请号61/502,728的优先权，该申请通过引用整体地结合于本文中。

政府许可权

本发明是在由AMRDEC奖励的W31P4Q-09-C0348下、在政府支持下完成的。政府具有本发明的一定权利。

技术领域

本发明涉及用于饱和光谱学的简单、低功率的微系统。

背景技术

饱和光谱学是一种具有多种用途的众所周知的技术。在很多应用中，其被用来比较激光的频率和在稀薄气体中的原子跃迁的频率。例如，大体上激光的频率是不固定的，但是会由于热效应、老化、和其它与时间相关的过程而漂移(drift)。某些应用(例如冷原子设备，包括原子钟)需要由反馈系统来控制激光频率从而防止该漂移。

发明内容

本申请涉及一种光谱装置(spectroscopic assembly)。该光谱装置包括：绝热平台；气体参比室(gas reference cell)，包围气体并且附着于绝热平台，所述气体参比室具有至少一个光学透明的窗口；以及至少一个加热器，被配置成提高被包围的气体的温度。当分束器配置成将激光器发射的输入光束的一部分反射成入射到气体参比室的至少一个光学透明的窗口上时，输入光束的所反射的部分两次透射通过所述气体。当检测器被配置成接收所述两次透射通过气体的光束时，反馈信号被提供给激光器用于稳定激光器。

附图说明

图1A是根据本发明的光谱装置，激光器和外部组件的一个实施例的框图；

图1B是图1A的光谱装置中气体参比室的第一表面上的第一加热器的展开图；

图2-5是根据本发明的被配置为稳定激光束的光谱装置的实施例的框图；

图6示出根据本发明的得自用于激光稳频的小型蒸汽室(vapor cell)的光谱信号；并且

图7是根据本发明的稳定由激光器输出的光束的方法的一实施例的流程图。

根据惯例，各种的所述的特征没有按照尺寸进行绘制，而是绘制为强调与本发明相关的特征。在所有的附图和文字部分，相同的参考符号指代相同的元件。

具体实施方式

在下面的详细说明中，参考构成说明的一部分的附图，并且其中作为例示示出了本发明可以被实施于其中的特定例示性实施例。这些实施例被充分详细地描述，以使得本领域技术人员能够实施本发明，且应当被理解的是，可以利用其它实施例并且可以在不背离本发明的范围的情况下进行逻辑的，机械的和电学的变化。因此，以下详述的说明并不在限制意义上理解。

本发明所描述和示出的光谱装置的实施例是用于饱和光谱学的简单，低功率的微系统。这些用于饱和光谱学的微系统提供了稳定的光谱信号用来反馈给激光器以稳定激光器发射的光束的频率。反馈系统采用气体参比室和被称为饱和光谱学的技术来产生反馈信号，从而对激光的频率和原子跃迁的频率进行比较。在某些应用中，将激光频率与原子频率比较以达到测量可以偏移原子频率的力(例如磁场或电场)的目的，或达到识别气体或气体属性(诸如压强和温度)的目的。在某些应用中，稀薄气体用于以可控的方式来调制激光。在这种情况下，作为控制激光的频率或振幅的手段，外力被施加以对气体和激光的交互作用进行调制。有利地，在此描述的光谱装置的实施例需要非常低的功率并且对失调(misalignment)是稳健的。某些在此所述的实施例包括小型的气体参比室。对饱和光谱学装置小型化的先前尝试负面影响了被稳定的激光束的空间模式(spatial mode)，使得现有技术小型化的饱和光谱学装置对某些应用(例如小型的原子钟)不适合。带有小型气体参比室的光谱装置的所述实施例采用了最少数目的光学组件，并且对提供给外部系统的光束有很小的影响或者没有影响。

图1A是根据本发明的光谱装置5，激光器10，和外部组件160的实施例的框图。图1A所示的光谱装置5被调准为提供反馈来将激光器10锁定成选定的频率。激光器10被反馈信号稳定，所述反馈信号从光谱装置5经由链路13输出到激光器驱动器14。光谱装置5包括壳体410，绝热平台400，和包围气体41的气体参比室40。绝热平台400和气体参比室40容纳在壳体410内。壳体410在此还被称为芯片载体，或者无引线的芯片载体(LCC)。气体参比室40在此也被称为“小型铷参比室40”，“参比室40”，“预抽真空密封室40”，以及“室40”。