[发明专利]一种10mHz极窄线宽激光器及其实现方法

权利要求书

1.一种10mHz极窄线宽激光器，包括：657nm激光器、分光棱镜、超稳光学参考腔锁定系统、声光调制器、电光调制器组、原子炉、永磁铁组、激光系统、光电探测器、锁相放大器、声光调制器驱动和高速伺服反馈控制电路；

所述657nm激光器用于发出激光；分光棱镜用于将激光分为反射光束信号和透射光束信号；超稳光学参考腔锁定系统用于锁定反射光束信号；锁相放大器用于产生调制信号输给声光调制器驱动；声光调制器驱动用于将调制信号加给声光调制器，驱动声光调制器；声光调制器用于调制通过声光调制器的激光，并将锁在超稳光学参考腔锁定系统上的激光频率与原子频率对应；电光调制器组用于将激光光谱显现为类光栅型；原子炉用于喷射出原子束；设置在原子束途径地方的永磁铁用于分裂原子的磁子能级，以利用更多原子；设置在激光系统附近的永磁铁用于产生汉勒效应以增加荧光探测强度；激光系统用于探测657nm激光经过原子束从而得到拉姆塞谱原子谱线；光电探测器用于探测原子发出的荧光信号，并将荧光信号转化为带有调制信息的电信号且输出给锁相放大器；锁相放大器用于对带有调制信息的电信号进行解调，得到的误差信号输送给高速伺服反馈控制电路；高速伺服反馈控制电路用于反馈控制声光调制器驱动以控制声光调制器，进一步压窄激光线宽；

首先由657nm激光器发出激光经过分光棱镜将激光分为两束，其中反射光束信号用于使用传统的调制解调相位锁定的方法将激光锁定在超稳光学参考腔锁定系统上，透射光束信号用于后续探测原子谱线并实现锁定；所述锁定由锁相放大器产生的调制信号输给声光调制器驱动，声光调制器驱动把调制信号加给声光调制器；此时当探测原子谱线的激光通过声光调制器后，激光带有调制信息，同时声光调制器将锁在超稳光学参考腔锁定系统上的激光频率与原子频率对应；带有调制信息的激光经过电光调制器组，经过电光调制器组后激光的光谱显现为类光栅型，同时任意边带谱线纯净，相位相干且等距；之后将657nm激光打在由原子炉喷射出的原子束上，其中在原子束途经的地方加上永磁铁组，包括在657nm激光附近的永磁铁和在423nm激光系统附近的永磁铁；随后657nm激光四次经过原子束激发原子的拉姆塞跃迁，并在原子束末端用423nm激光系统探测得到拉姆塞谱线；增大423nm激光系统发出激光的光斑尺寸；光电探测器将荧光信号转化为带有调制信息的电信号且输出给锁相放大器内部进行解调，解调出误差信号输送给高速伺服反馈控制电路；最后高速伺服反馈控制电路反馈控制声光调制器驱动以控制声光调制器，进一步压窄激光线宽，最终得到线宽为10mHz的激光器。

2.如权利要求1所述10mHz极窄线宽激光器，其特征是，所述电光调制器组包含若干个电光调制器。

3.如权利要求1所述10mHz极窄线宽激光器，其特征是，永磁铁组中，在657nm激光附近的永磁铁用于分裂原子的磁子能级，以利用更多原子；在423nm激光系统附近的永磁铁用于产生汉勒效应以增加荧光探测强度。

4.一种10mHz极窄线宽激光器的制备方法，将锁定在光学超稳参考腔上的657nm激光器通过多个电光调制器调制，使得其光谱显现为类光栅谱，以此抽运原子，提高原子利用率，从而实现高信噪比的拉姆塞谱线，并将该谱线用于激光频率稳定，由此实现制备线宽极窄的激光器；包括以下步骤：

1)由657nm激光器发出激光，通过调制解调相位锁定方法将激光锁定到超稳光学参考腔上，实现预锁定来预先压窄激光线宽；

2)激光通过声光调制器，通过声光调制器的激光带有调制信息；随后激光经过电光调制器组，激光的光谱展现为类光栅谱，同时任意边带谱线纯净，相位相干且等距；

3)将光谱展现为类光栅谱的激光四次通过由原子炉喷射出的原子束上，激发原子产生拉姆塞跃迁；并在657nm激光途径的原子束上加上永磁铁组用于分裂原子的磁子能级；随后在原子束末端用423nm激光转移探测原子的原子谱线，由光电探测器探测到原子发出的荧光信号，并将其转化为带有调制信息的电信号；

4)将带有调制信息的电信号输给锁相放大器中解调出误差信号，把误差信号输给高速伺服反馈控制电路，高速伺服反馈控制电路反馈调节声光调制器驱动借此控制声光调制器，

由此进一步压窄激光线宽，即得到10mHz线宽激光器。