[发明专利]一种用于可移动冷原子干涉仪的集成化单激光源光学装置

说明书

本发明公开了一种用于可移动冷原子干涉仪的集成化单激光源光学装置，包括：激光源及功率放大模块，用于产生单频激光；激光频率稳定及调节模块，用来将单频激光转换成冷原子干涉仪所需的七种激光频率；激光功率稳定、分配及时序控制模块，用于按时序产生特定频率和功率的各种激光；微波源及电子学控制模块，用于对上述所有模块的开关及时序控制，最终的输出光通过四根偏振保偏光纤传输到原子干涉仪的传感头模块中。本发明具有小体积、低功耗、低成本、高稳定等优点。

技术领域

本发明主要涉及到冷原子干涉精密测量技术领域，特指一种用于可移动冷原子干涉仪的集成化单激光源光学装置。

背景技术

冷原子干涉仪是以原子物质波代替光波作为测量介质的新一代高精度测量仪器。由于冷原子具有德布罗意波长短、自由演化时间长、静态质量大、原子团速度分布小以及内部能级结构复杂等特性，使冷原子干涉技术比激光干涉技术在精密测量上具有许多内禀的优越性和良好的技术潜力。根据激光与原子相互作用方向及方式的不同可以构成原子干涉重力仪、重力梯度仪、原子干涉陀螺仪、原子钟等精密测量仪器，用于惯性导航、地球物理、地质勘探、资源勘探、工业生产、基础科学研究等众多领域。

为实现冷原子干涉仪，需要参考光、冷却光、吹散光、回泵光、探测光、拉曼光1、拉曼光2等7种不同频率、不同功率的激光在不同时间按特定时序变化并与原子相互作用，用于完成原子激光冷却与囚禁、原子速度选择和原子态制备、原子分束-反射-合束、原子布居数归一化探测等功能。并且，为了实现可移动测量，需要给冷原子干涉仪配套体积小、功耗低、结构简单、稳定性好的集成化激光系统。

搭建在光学平台上基于分立光学元件的激光系统显然不能满足上述要求。集成化光学装置主要有自由空间式和全光纤式两种实现方式：目前已经实现了基于5个(SchmidtM,Prevedelli M,Giorgini A,Tino GM,Peters A Applied Physics B 2010,102,11.)和2个(Bodart Q,Merlet S,Malossi N,Dos Santos FP,Bouyer P,Landragin A AppliedPhysics Letters 2010,96,134101；S.Merlet，L.Volodimer，M.Lours，F.P.DosSantos，Appl.Phys.B，117，749-754，2014)半导体激光源结合多个激光放大器的集成化自由空间光学装置。这种采用多个半导体激光源结合光学锁相环的方式虽然能够实现所需的激光频率及功率，但装置仍然较为复杂、体积大、价格高并且稳定性差；还实现了基于2个(Zhang X,Zhong J,Tang B,Chen X,Zhu L,Huang P,Wang J,Zhan M Applied Optics 2018,57,6545；O.Carraz，F.Lienhart，R.Charrière，M.Cadoret，N.Zahzam，Y.Bidel，A.Bresson，Appl.Phys.B，97，405-411，2009))和1个(Theron F,Carraz O,Renon G,Zahzam N,BidelY,Cadoret M,Bresson A Applied Physics B 2014,118,1；Luo Q,Zhang H,Zhang K,DuanXC,Hu ZK,Chen LL,Zhou MK Rev Sci Instrum 2019,90,043104)1.5μm通信波段光纤激光源的光纤光学装置。虽然1.5μm的激光源及光纤器件发展比较成熟，但复杂、低效、昂贵、高功耗的激光倍频模块让1.5μm倍频方式的光纤激光光学装置的应用范围受限，并且倍频方案仅仅对铷和钾等原子适用，不能适用于其他种类的碱金属原子。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种小体积、低功耗、低成本、高稳定的用于可移动冷原子干涉仪的集成化单激光源光学装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于可移动冷原子干涉仪的集成化单激光源光学装置，包括：