[发明专利]一种原子干涉仪的光源系统及光源设计方法

说明书

本发明提供一种原子干涉仪的光源系统及光源设计方法，包括：发射1560nm的激光；将1560nm激光分成两束激光；对第一束激光进行移频，得到第三束激光，第三束激光与第一束激光的频率差为3.417GHz；对第二束激光进行倍频，得到第一频率的780nm激光；对第三束激光进行倍频，得到第二频率的780nm激光；将第一频率的780nm激光和第二频率的780nm激光进行合束，得到合束后的激光；将合束后的激光分成两部分，第一部分激光作为原子干涉仪所需的拉曼光；结合第二部分激光的信息在对第一束激光进行移频的过程中引入相位补偿，以抑制拉曼光中由于路径分离引起的相位扰动。本发明光路设计紧凑、且避免了在多余边带效应的影响。

技术领域

本发明属于原子干涉仪领域，更具体地，涉及一种原子干涉仪的光源系统及光源设计方法。

背景技术

原子干涉仪经过近三十年的发展，目前已经应用到多个领域。基于原子干涉技术的惯性传感器也从实验室走向户外，目前基于原子干涉的重力仪已经开展了车载、船载、机载测量，这对原子重力仪的尺寸、重量、功耗、稳定性、环境适应性等提出了更高的要求，其中光源系统是原子干涉仪的最为核心和复杂的系统，光源系统的稳定性直接决定了重力测量的稳定性。

由于原子干涉仪需要对原子进行囚禁、冷却、干涉、探测，因此需要不同频率的激光。其中拉曼光系统则是干涉仪的核心，它控制着原子的分束、反射、汇聚，而拉曼光则是要求其频率差满足两个能级的频率差，通常在几个GHz，低相位噪声且相位相干。为此，目前原子干涉仪光源系统主要有两种产生方式，一种是利用两台激光器锁相产生，以铷原子干涉仪为例，它包括直接利用两台780nm半导体激光器种子光分别锁频、锁相，然后经过激光放大器构成实验所需求激光频率成分，或利用两台1560nm种子激光器经过放大器倍频后分别锁频、锁相构成实验所需激光频率成分；另外一种是仅利用一台1560nm激光器经相位调制器调制后得到多种激光频率成分的光束，调制后的光束经光纤放大器倍频构成所需求激光频率成分。

第一种产生方式，需要两台种子激光器及激光放大器不仅大大增加光学系统的体积及功耗，而且采用这种光学锁相环的方式往往需要多路反馈环路，锁相效果往往还会受到激光器、锁相电路带宽的限制，系统实现较为复杂；第二种产生方式尽管光路产生方式较为简便，但是相位调制器由于其工作模式会产生多对具有频率差的光束，而产生拉曼光仅需要其中的一对激光，其他频率的激光会在拉曼光中产生寄生边带成分，而实验中很难将多余边带抑制干净，最终会导致随空间变化的干涉条纹对比度及系统测量偏差，而且寄生边带效应还易受环境温度改变而改变。可以看出，以上两种方式光路方案在高精度小型化重力仪中存在一定缺陷。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种原子干涉仪的光源系统及光源设计方法，旨在解决现有原子干涉仪的光源系统采用两台激光器进行锁相方式不仅增加了光路系统的体积及功耗，也对激光器及锁相电路的带宽提出较高要求，而采用相位调制器的方式则会引入寄生边带效应，导致现有原子干涉仪的光源系统均无法满足需要的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种原子干涉仪的光源系统，包括：1560nm激光器、保偏光纤分束器、声光移频器、第一波导倍频器、第二波导倍频器、合束器、分光片以及锁相单元；

所述1560nm激光器用于发射1560nm的激光；

所述保偏光纤分束器用于将所述1560nm激光分成两束激光，称为第一束激光和第二束激光，所述第一束激光和第二束激光的频率相等；

所述声光移频器用于对第一束激光进行移频，得到第三束激光，所述第三束激光与第一束激光的频率差为3.417GHz；

所述第一波导倍频器用于对第二束激光进行倍频，得到第一频率的780nm激光；

所述第二波导倍频器用于对第三束激光进行倍频，得到第二频率的780nm激光；所述第二频率和第一频率的差值为6.834GHz；