一种用于冷原子干涉仪的通信波段激光系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于冷原子干涉仪的通信波段激光系统及方法，包括激光单元、分光单元、锁频单元、第一电光调制单元、第二电光调制单元、第一倍频单元、第二倍频单元、激光功率放大单元、功率分配单元。本发明专利技术基于单激光器的激光发射装置，易于操作和调节，集成度高；采用全光纤连接，抗振动性能优异，稳定好，特别适合冷原子干涉仪的外场测量及应用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于冷原子干涉仪的通信波段激光系统及方法
本专利技术属于惯性导航
，涉及通信波段激光系统及方法，尤其是一种用于冷原子干涉仪的通信波段激光系统及方法。
技术介绍
自1991年朱棣文小组实现冷原子干涉仪以来，原子干涉惯性测量技术逐步成熟，高灵敏度和高精度原子惯性传感器，基础物理和工程应用等领域得到广泛应。目前原子干涉型绝对重力仪已经达到10-9g的测量精度，原子干涉型陀螺仪的零偏稳定性可达7×10-5°/h，原子加速度计的测量分辨率可达10-11g。为了满足外场测量的长期稳定性和测量精度，一套稳定的激光控制系统非常必要。传统的冷原子干涉仪一般基于两台或三台激光器，通过移频器件、光锁相环等技术，产生冷却光、再泵浦光、探测光、推送光、拉曼光等不同功能的激光。总体体积庞大，光学器件众多，结构复杂，不利于在外场环境下使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于冷原子干涉仪的通信波段激光系统及方法，易于操作和调节，集成度高。本专利技术解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：一种用于冷原子干涉仪的通信波段激光系统，包括激光单元(1)、分光单元(2)、锁频单元(5)、第一电光调制单元(3)、第二电光调制单元(6)、第一倍频单元(4)、第二倍频单元(8)、激光功率放大单元(7)、功率分配单元(9)。所述激光单元(1)的输出光经过分光单元(2)分成两束，其中的一束光输入到第一倍频单元(3)，用于产生波长再780nm附近的激光；经过第一电光调制单元(4)后输入到锁频单元(5)，用于调节锁频频率点的位置；锁频单元(5)的输出端与激光单元(1)的电流/电压调制端口连接，用于将原子光谱信号反馈至激光单元(1)进行频率锁定；该分光单元(2)的另外一束激光经过第二电光调制单元(6)输入到激光功率放大单元(7)，用于提供系统所需的激光功率大小；输出的激光经过第二倍频单元(8)后和功率分配单元(9)进行连接，用于产生用于冷原子干涉的所有的激光频率和激光功率。而且，所述第一电光调制单元(3)、第二电光调制单元(6)为光型电光调制晶体FEOM。而且，所述第一倍频单元(3)、第二倍频单元(8)为周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体MgO:PPLN的倍频材料。而且，所述功率放大单元(7)为通信波段1560nm附近的掺铒光纤放大器。而且，所述的激光单元(1)为的分布式反馈激光器，发射通信波段1560nm附近的单频激光。而且，所述的锁频单元(5)采用调制转移光谱MTS获得原子光谱信号，采用比例-积分-微分PID将原子光谱信号反馈至激光单元(1)进行频率锁定；而且，所述功率分配单元(9)由分光装置调节分光比例，由声光调制器AOM1控制相应的频率移动和功率变化；而且，所述锁频单元(5)和激光单元(1)通过电路线缆连接，其余各单元之间通过单模保偏光纤连接。一种用于冷原子干涉仪的通信波段激光系统的实现方法，包括以下步骤：步骤1、激光单元(1)输出1560nm波长的激光，频率为ω0，第一电光调制单元(2)调制频率为ω1，经过第一电光调制单元(2)调制后，激光频率为ω0±nω1，n为边带级数，改变调制频率的大小可改变边带大小。经过调制后经过第一倍频单元(3)之后频率变为2ω0±nω1，之后送入锁频单元(5)进行锁定；步骤2、利用锁频单元(5)的调制转移光谱锁频将正一级边带的锁定在铷-85D2线的F＝3→F'＝4，将调制频率设置为ω1＝1GHz附近，输出冷却光、探测光、吹走光，以及F＝2拉曼激光等。步骤3、第二电光调制单元(2)调制频率为ω2，经过第二电光调制单元(2)调制后，激光频率为ω0±nω2，n为边带级数。经过电光调制的激光的经过第二倍频单元(3)之后频率变为2ω0±nω2，选择2ω0±nω2边带用于产生再泵浦光、拉曼F＝1的激光。本专利技术的优点和有益效果：1、本专利技术基于单激光器的激光发射装置，易于操作和调节，集成度高；采用全光纤连接，抗振动性能优异，稳定好，特别适合冷原子干涉仪的外场测量及应用。2、本专利技术基于通信波段的分布式反馈激光器，激光放大、倍频等技术非常成熟，结构稳定。3、本专利技术应用于冷原子干涉惯性测量
，如冷原子干涉重力仪、陀螺仪、加速度计，重力梯度仪，亦可应用于和冷原子相关实验。附图说明图1是本专利技术的系统构成图；图2是本专利技术激光频率构成示意图；附图标记说明：1-激光单元；2-分光单元；3-第一电光调制单元、4-第一倍频单元；5-锁频单元；6-第二电光调制单元；7-激光功率放大单元；8-第二倍频单元；9-功率分配单元。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例作进一步详述：一种用于冷原子干涉仪的通信波段激光系统，如图1所示，包括激光单元(1)、分光单元(2)、锁频单元(5)、第一电光调制单元(3)、第二电光调制单元(6)、第一倍频单元(4)、第二倍频单元(8)、激光功率放大单元(7)、功率分配单元(9)。所述激光单元(1)的输出光经过分光单元(2)分成两束，其中的一束光输入到第一倍频单元(3)，用于产生波长再780nm附近的激光；经过第一电光调制单元(4)后输入到锁频单元(5)，用于调节锁频频率点的位置；锁频单元(5)的输出端与激光单元(1)的电流/电压调制端口连接，用于将原子光谱信号反馈至激光单元(1)进行频率锁定；该分光单元(2)的另外一束激光经过第二电光调制单元(6)输入到激光功率放大单元(7)，用于提供系统所需的激光功率大小；输出的激光经过第二倍频单元(8)后和功率分配单元(9)进行连接，用于产生用于冷原子干涉的所有的激光频率和激光功率。在本实施例中，所述第一电光调制单元(3)、第二电光调制单元(6)为光型电光调制晶体(FEOM)。在本实施例中，所述第一倍频单元(3)、第二倍频单元(8)为周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体(MgO:PPLN)的倍频材料。在本实施例中，所述功率放大单元(7)为通信波段1560nm附近的掺铒光纤放大器。在本实施例中，所述的激光单元(1)为的分布式反馈激光器，发射通信波段1560nm附近的单频激光。在本实施例中，所述的锁频单元(5)采用调制转移光谱(MTS)获得原子光谱信号，采用比例-积分-微分(PID)将原子光谱信号反馈至激光单元(1)进行频率锁定；在本实施例中，所述功率分配单元(9)由分光装置(光纤分束器、空间光学器件等)调节分光比例，由声光调制器(AOM1)控制相应的频率移动和功率变化；在本实施例中，所述锁频单元(5)和激光单元(1)通过电路线缆连接，其余各单元之间通过单模保偏光纤连接。一种用于冷原子干涉仪的通信波段激光系统的实现方法，包括以下步骤：步骤1、激光单元(1)输出1560nm波长的激光，频率为ω0，第一电光调制单元(2)调制频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于冷原子干涉仪的通信波段激光系统，其特征在于：包括激光单元(1)、分光单元(2)、锁频单元(5)、第一电光调制单元(3)、第二电光调制单元(6)、第一倍频单元(4)、第二倍频单元(8)、激光功率放大单元(7)、功率分配单元(9)。/n所述激光单元(1)的输出光经过分光单元(2)分成两束，其中的一束光输入到第一倍频单元(3)，用于产生波长再780nm附近的激光；经过第一电光调制单元(4)后输入到锁频单元(5)，用于调节锁频频率点的位置；锁频单元(5)的输出端与激光单元(1)的电流/电压调制端口连接，用于将原子光谱信号反馈至激光单元(1)进行频率锁定；/n该分光单元(2)的另外一束激光经过第二电光调制单元(6)输入到激光功率放大单元(7)，用于提供系统所需的激光功率大小；输出的激光经过第二倍频单元(8)后和功率分配单元(9)进行连接，用于产生用于冷原子干涉的所有的激光频率和激光功率。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于冷原子干涉仪的通信波段激光系统，其特征在于：包括激光单元(1)、分光单元(2)、锁频单元(5)、第一电光调制单元(3)、第二电光调制单元(6)、第一倍频单元(4)、第二倍频单元(8)、激光功率放大单元(7)、功率分配单元(9)。
所述激光单元(1)的输出光经过分光单元(2)分成两束，其中的一束光输入到第一倍频单元(3)，用于产生波长再780nm附近的激光；经过第一电光调制单元(4)后输入到锁频单元(5)，用于调节锁频频率点的位置；锁频单元(5)的输出端与激光单元(1)的电流/电压调制端口连接，用于将原子光谱信号反馈至激光单元(1)进行频率锁定；
该分光单元(2)的另外一束激光经过第二电光调制单元(6)输入到激光功率放大单元(7)，用于提供系统所需的激光功率大小；输出的激光经过第二倍频单元(8)后和功率分配单元(9)进行连接，用于产生用于冷原子干涉的所有的激光频率和激光功率。


2.根据权利要求1所述的一种用于冷原子干涉仪的通信波段激光系统,其特征在于：所述第一电光调制单元(3)、第二电光调制单元(6)为光型电光调制晶体FEOM。


3.根据权利要求1所述的一种用于冷原子干涉仪的通信波段激光系统，其特征在于：所述第一倍频单元(3)、第二倍频单元(8)为周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体MgO:PPLN的倍频材料。


4.根据权利要求1所述的一种用于冷原子干涉仪的通信波段激光系统及方法，其特征在于：所述功率放大单元(7)为通信波段1560nm附近的掺铒光纤放大器。


5.根据权利要求1所述的一种用于冷原子干涉仪的通信波段激光系统，其特征在于：所述的激光单元(1)为的分布式反馈激光器，发射通信...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔德龙，王杰英，来琦，裴闯，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零七研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12