[发明专利]紧凑光学原子钟和基于回音壁模式光学谐振器中的参数化非线性光学混频的应用

权利要求书

1.一种设备，包括：

光学谐振器，由展现光学非线性的光学材料形成并基于由所述光学非线性导致的非线性波混频产生光频梳；

激光器，能够调谐并产生激光，所述激光基于所述非线性波混频与所述光学谐振器的所述光学材料相互作用，以产生所述光频梳；

激光器锁定机构，将所述激光器锁定至所述光学谐振器；

原子参考设备，包括提供原子跃迁或分子跃迁的原子或分子，并被耦合以接收从所述光学谐振器耦合出的光，以产生携带所述原子跃迁或分子跃迁的信息的输出光；

第一光学检测器，接收来自所述原子参考设备的所述输出光，以产生第一检测器输出；

反馈电路，接收所述第一检测器输出并产生反馈信号，所述反馈电路被耦合至所述激光器或所述光学谐振器中至少之一，以应用所述反馈信号来稳定所述激光器或所述光学谐振器中的所述至少之一；以及

第二光学检测器，接收通过所述光学耦合器从所述光学谐振器耦合出的光，以将所述光频梳变换成第二检测器信号，所述第二检测器信号在频率上相对于所述原子参考设备的所述原子跃迁或分子跃迁被稳定。

2.如权利要求1所述的设备，其中：

所述光学谐振器为光学回音壁模式谐振器。

3.如权利要求1所述的设备，其中：

所述光学谐振器由非线性晶体材料制成。

4.如权利要求1所述的设备，其中所述激光器和所述光学谐振器通过注入锁定被相互锁定，所述激光锁定机构包括光学耦合器，所述光学耦合器将所述激光耦合至所述光学谐振器中并将光从所述光学谐振器耦合出回到所述激光器，以将所述激光器注入锁定至所述光学谐振器。

5.如权利要求1所述的设备，其中所述激光锁定机构包括锁定电路，所述锁定电路将所述激光器和所述光学谐振器相互锁定。

6.如权利要求5所述的设备，其中所述锁定电路为Pound-Drever-Hall（PDH）电路。

7.如权利要求1所述的设备，包括：

光学Mach-Zehnder干涉仪，耦合在所述原子参考设备与所述光学谐振器之间，并被耦合以接收从所述光学谐振器耦合出的所述光，并且在将从所述光学谐振器耦合出的所述光处理为与所述原子参考设备中的第一原子跃迁谐振的第一光学束和与所述原子参考设备中的不同的第二原子跃迁谐振的第二光学束之后，将从所述光学谐振器耦合出的所述光引导至所述原子参考设备，

其中，所述第一原子跃迁和所述第二原子跃迁与所述原子参考设备的所述原子跃迁或分子跃迁相关联。

8.如权利要求7所述的设备，其中所述激光器被调制为产生激光，所述激光具有与用于稳定所述激光器或所述光学谐振器的所述反馈信号相关的抖动调制。

9.如权利要求1所述的设备，其中所述原子参考设备包括原子蒸气室。

10.如权利要求1所述的设备，其中所述原子参考设备包括原子阱。

11.如权利要求1所述的设备，其中所述原子参考设备包括原子束。

12.一种设备，包括：

光学谐振器，展现光学非线性并被配置为支持光学回音壁模式的回音壁模式谐振器；

激光器，能够调谐并产生激光；

光学耦合器，将所述激光耦合至所述光学谐振器中，以基于所述光学谐振中的非线性波混频生成不同频率的光梳信号；

原子参考设备，包括提供作为频率参考的原子跃迁或分子跃迁的原子或分子；以及

锁定电路，在频率上相对于所述原子参考设备的所述原子跃迁或分子跃迁锁定所述光学谐振器或所述激光器中至少之一，以稳定不同频率的所述光梳。

13.如权利要求12所述的设备，其中所述锁定电路将来自所述光学谐振器的光引导回所述激光器，以将所述激光器相对于所述光学谐振的模式注入锁定。

14.如权利要求13所述的设备，其中所述锁定电路包括光学耦合器，所述光学耦合器将光耦合出所述光学谐振器，并将耦合的所述光引导回所述激光器。

15.如权利要求12所述的设备，其中所述锁定电路包括Pound-Drever-Hall（PDH）电路。