具体实施方式

本发明针对现有技术中存在的稳频装置常采用空间光路器件制造而成，各组件对定位精度和姿态精度要求高、装配难度大，不利于集成化设计的技术问题，提供了一种冷原子激光器频率稳定装置。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的总体构思为：通过利用原子吸收线对激光吸收特性实现对激光的稳频。稳频过程通过调制器件对输出激光频率加入微小调制，经过调制的激光信号注入到原子蒸气中。依据注入激光的频率不同，原子蒸气对激光的吸收特性也不同。这种特性体现在输出的激光光强上，被光电探测器探测到。依据探测到的信号，比例积分微分控制器调节激光器的反馈电流或压电陶瓷驱动器实现频率锁定。在实现稳频的基础上，利用柔性光路取代空间光路以实现集成化设计。

基于上述发明构思，本发明实施例提供了一种冷原子激光器频率稳定装置，参见图1，其主要包括：激光器1、光纤分束器4、第一透镜5、第二透镜9、原子泡6、光纤电光调制器10、光纤环路器11、光电探测器12及信号处理模块13。

激光器1的输出端通过光纤2与光纤分束器4的输入端连接。光纤分束器4的第一输出端与第一透镜5的一端连接，第一透镜5的另一端嵌入在原子泡6的一端，第二透镜9的一端嵌入在原子泡6的另一端，第一透镜5和第二透镜9的光轴重合。第二透镜9的另一端通过光纤2与光纤环路器11的第二端口b连接，光纤环路器11的第三端口c通过光纤2与光电探测器12连接，从第二端口b输入的光束经第三端口c输出；光电探测器12与信号处理模块13电性连接，信号处理模块13与激光器1的反馈控制端口。光纤分束器4的第一输出端通过光纤2与光纤调制器的输入端连接；光纤电光调制器10的输出端通过光纤2与光纤分束器4的第一端口a连接，从第一端口a输入的光束经第二端口b输出。

可见，本发明实施例提供的冷原子激光器频率稳定装置，其光路采用柔性光纤配合激光器1、光纤分束器4、第一透镜5、第二透镜9、原子泡6、光纤电光调制器10和光纤环路器11等器件连接而成，从而取代了传统的偏振分光镜、反射镜和波片组合的空间光路，因此本发明提供的冷原子激光器频率稳频装置的各组件对定位精度和姿态精度的要求不高，各组件不需要特定的空间实现光路的传输，因此各组件的的布置对空间的要求较低，有利于集成化设计。

具体的，激光器1可采用窄线宽激光器、分布反馈激光器或外腔半导体激光器等单频激光器。利用输出线宽≤20kHz、输出功率约30mW的1560nm单频激光器，经过掺铒光纤放大器放大输出功率5W，注入至周期极化铌酸锂晶体；通过精密温控使注入激光满足温度匹配条件输出1560nm激光的二倍频激光，即780nm激光。光纤2可采用纤芯4.2μm的单模光纤，传输效率高。

为实现传输光纤2的连接，以满足不同需要的传输长度，可采用光纤法兰3。单模光纤尾端制作成FC/APC光纤接头与光纤法兰3螺纹紧固连接，对接至光纤分束器4。光纤分束器4与光纤法兰3对接的一端同样制作成FC/APC光纤接头。光纤法兰3用于光纤2对接传输激光的典型损耗约在1dB。

对于光纤分束器4、第一透镜5和第二透镜9：光纤分束器4的分光比例为10：90，10％的激光注入到第一透镜5，90％的激光注入到光纤电光调制器10。第一透镜5和第二透镜9采用焦距为5mm的C-Lens光纤准直透镜、G-lens或球透镜。

对于原子泡6：原子泡6可制成空心光波导结构，原子蒸汽封装于原子泡6内部，通过减小原子泡6的尺寸，能够进一步提高稳频装置集成度。本实施例中，原子泡6为石英材料制作的Φ10mm×30mm泡体，原子泡6为铷原子泡或铯原子泡。

原子泡6的工作环境是影响稳频精确度的重要因素，本实施例通过两个方面对原子泡6的工作环境进行优化：

一方面，为实现对原子泡6进行精确的温控，本实施例提供的冷原子激光器频率稳定装置还设置有：加热器件8、测温器件及温度控制器件。加热器件8覆盖在原子泡6外壁，对原子泡6进行加热；测温器件设置在加热器件8与原子泡6外壁之间，用于测量原子泡6的温度；测温器件及加热器件8与温度控制器件电性连接，温度控制器件根据测温器件反馈的温度值，实时控制加热器件8的工作状态，使原理泡处于恒温状态下。其中，加热器件8可选择双绞密绕加热丝或加热芯片，例如本实施例采用Φ0.7mm漆包铜线双绞密绕覆盖原子泡6外壁。

另一方面，为实现对原子泡6进行电磁屏蔽，本实施例提供的冷原子激光器频率稳定装置还设置有：磁屏蔽盒7。磁屏蔽盒7覆盖在原子泡6外侧。具体的，磁屏蔽盒7采用坡莫合金制作圆柱形状壳体，完全覆盖原子泡6。

为更进一步理解本发明，下面对本发明实施例提供的冷原子激光器频率稳定装置的工作过程进一步介绍：参见图1，激光器1输出的激光经光纤2传输至光纤分束器4，光纤分束器4将激光分为两束，光束一经过第一透镜5传输至原子泡6，再通过第二透镜9注入至光纤环路器11的第二端口b，而后从光纤环路器11的第三端口c输出作用到光电探测器12。光电探测器12输出信号至信号处理模块13，信号处理模块13集成有比例积分微分控制器和微处理器，通过编写的内置程序计算输出激光器1反馈控制信号。控制信号范围为0V至10V，最终控制信号输入激光器1的反馈控制端口，实现激光频率锁定。光束二经过光纤电光调制器10调制后进入光纤环路器11的第一端口a，而后从光纤环路器11的第二端口b输出，经过第二透镜9传输至原子泡6，再通过第一透镜5注入至光纤分束器4，最终进入激光器1并经过激光器1内部隔离器后耗散。

本发明实施例提供的冷原子激光器频率稳定装置至少具备以下有益效果或优点：

本发明实施例提供的冷原子激光器频率稳定装置，其光路采用柔性光纤配合激光器、光纤分束器、第一透镜、第二透镜、原子泡、光纤光电调制器和光纤环路器等器件连接而成，从而取代了传统的偏振分光镜、反射镜和波片组合的空间光路，因此本发明提供的冷原子激光器频率稳频装置的各组件对定位精度和姿态精度的要求不高，各组件不需要特定的空间实现光路的传输，因此各组件的的布置对空间的要求较低，有利于集成化设计。另一方面，本发明实施例提供的冷原子激光器频率稳定装置，由于不需要设置传统的偏振分光镜、反射镜和波片组合的空间光路，解决了采用空间光路器件容易受环境温湿度变化引起结露、结霜污染光路问题，提高了冷原子激光器频率稳定装置工作的稳定性及准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。