[发明专利]一种基于多次反射实现饱和吸收光谱的方法

说明书

一种基于多次反射实现饱和吸收光谱的方法，是基于激光在原子气室中密集的多次反射实现的。原子气室的前后两侧放置一对左右错开的反射装置，这对反射装置的法线方向在水平内存在一定夹角，则穿过原子气室以小角度入射至反射装置的激光会在这对反射裝置中产生多次反射；通过调整入射激光的角度以及两个反射装置的夹角使反射光线由稀疏变密集，这样在密集区域正向光与反向光在原子气室中会发生交叉重叠。在重叠区域有正向入射的泵浦光也有反向入射的吸收光，由此产生原子气室中参考气体的饱和吸收光谱。本发明提供的这种方法可简化饱和吸收光谱的装置，使小型气室在常温下工作，提高装置集成度和长期稳定性，具有结构简单、小体积、低成本特点。

技术领域

本发明涉及激光器频率稳定领域，尤其涉及一种基于多次反射实现饱和吸收光谱的方法。

背景技术

近年来，随着半导体激光频率稳定技术的快速发展，稳频激光器得以在原子钟、原子磁力仪、冷原子干涉陀螺仪、核磁共振陀螺仪、量子模拟等方向获得重要的应用。其中利用原子超精细能级结构的亚多普勒饱和吸收光谱，将激光器的频率稳定在原子超精细能级的共振跃迁线，是获得频率稳定的激光光源最常用的方法之一。但该稳频方法需要将激光泵浦光和探测光分光路、分光强、偏振转变、分光路探测等操作，需要多个光学元器件，其中不乏一些比较昂贵元器件。这也带来了多个问题，比如多元器件会引入额外的系统噪声；装置体积大，不易于集成；成本高等缺点。另外在小型化原子气室中实现饱和吸收光谱需要增加额外的加热电路，增加了系统的功耗。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供了一种基于多次反射实现饱和吸收光谱的方法，通过单束激光在原子气室中的多次反射，在反射光路中出现正向光和反向光交叉重叠，在重叠区域有正向入射的泵浦光也有反向入射的吸收光，最后由光电探测器探测出射激光光强，由此实现原子气室中参考气体的饱和吸收光谱。该方法减少了光学器件个数，有效降低了由元器件产生的额外噪声；由于多次反射增加激光传输光程，可减小对原子密度的要求，即省去了小型原子气室加热电路，降低了功耗；该方法精简了昂贵的精密光学器件，有效压缩了成本，是一种可小型化、低成本、易于集成、非加热的饱和吸收光谱方法。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：一种基于多次反射实现饱和吸收光谱的方法，包括如下步骤：

步骤一：打开外腔可调谐激光器，使激光处于频率扫描状态，保证激光平行于水平面出射；

步骤二：将红外视频镜头架于原子气室上部，观察原子气室内荧光发射；将光电探测器与示波器连接；

步骤三：将第一反射装置、第二反射装置左右错开分别放置于原子气室的前后两侧；使激光贴着第二反射装置的边缘入射进原子气室内，并在第一反射装置反射；调整第一反射装置的法线在水平面内与入射激光之间的夹角α，使入射激光在第一反射装置、第二反射装置之间发生多次反射；调整第一反射装置、第二反射装置的夹角β，直到在红外视频镜头的显示器中观察到激光反射从入射激光一侧开始先疏后密；

步骤四：固定激光入射方向和第一反射装置的位置，改变第一反射装置和第二反射装置的法线在水平面内的夹角β，在红外视频镜头的显示器中观察荧光发射，使激光沿第一反射装置的边缘射出，调整光电探测器的位置探测激光光强；

步骤五：通过示波器观察多次反射后的饱和吸收光谱，反复调节夹角α、夹角β，使饱和吸收光谱谱线清晰，饱和吸收峰锐利。

所述步骤三中，调整第一反射装置的法线在水平面内与入射激光之间的夹角α，使入射激光在第一反射装置、第二反射装置之间发生多次反射的次数在10次至15次范围内。

所述第一反射装置为全反射镜片或部分反射镜片或镀高反膜的原子气室内壁。

所述第二反射装置为全反射镜片或部分反射镜片或镀高反膜的原子气室内壁。