一种Rydberg激发光连续调谐锁频装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于激发光频率锁定领域，具体涉及一种Rydberg激发光连续调谐锁频装置及方法。对于第一激发态到Rydberg激发态激光的频率锁定难以实现连续调谐锁频，本发明专利技术将两个激光光源发出的探测光和耦合光相对入射到装有铷原子的蒸气池中，其中探测光通过电光调制器，在电光调制器上施加连续调谐频率的射频场，进行相位调制，使得电磁感应透明光谱产生可连续调谐的边带光谱，边带光谱距离主电磁感应透明光谱的间隔与所施加可调谐射频场的频率相同，然后再在EOM上加固定频率的射频场，使得主电磁感应透明光谱和可调谐边带光谱同时产生固定频率的边带，最后将产生的谱线信号与固定频率的射频场信号进行混频和滤波，从而产生鉴频曲线对发光频率进行锁定。线对发光频率进行锁定。线对发光频率进行锁定。

【技术实现步骤摘要】
一种Rydberg激发光连续调谐锁频装置及方法


[0001]本专利技术属于激发光频率锁定领域，具体涉及一种Rydberg激发光连续调谐锁频装置及方法。

技术介绍

[0002]Rydberg原子由于其具有奇特的特性，在量子计算和量子模拟、量子精密测量等领域展现出巨大的应用前景。目前Rydberg原子的激发通常采用双光子两步激发，由于第一步激发光耦合的是基态原子到第一激发态的跃迁，基态上有大量的原子布居数，会对第一步激发光产生吸收，因此可以将第一步激发光的频率直接锁定到原子基态到第一激发态的跃迁线上，然而第二步激发光是耦合第一激发态和Rydberg态，此时能级上无原子布居数，因此没法直接锁定第二步Rydberg原子激发光。可采用电磁诱导透明光谱，将第二步激发光锁定到第一激发态和Rydberg态的共振频率上，但此方法不能实现第二步激发光频率的调谐，通过外加电磁场改变Rydberg原子的能级结构，可实现基于原子能级的连续调谐的频率锁定，但这种方法需要施加外界的电磁场比较复杂，并且外界的电磁场会导致谱线展宽，使得频率的锁定精度变差，另外这种方法可实现的调谐范围很窄；另一种方法可通过利用光学谐振腔可实现Rydberg激发光频率连续调谐的锁频，但其易受外界干扰，且不是基于原子能级的绝对参考频率。

技术实现思路

[0003]为解决上述锁频方法的缺陷，我们通过电光调制器外加射频场调制探测光，产生连续可调谐的边带谱线，通过对边带谱线进行调制解调产生连续可调谐的鉴频曲线，从而实现第二部Rydberg激发光频率的连续调谐，此方法不会使谱线展宽，具有高的锁定精度和频率调谐的便携性。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
[0005]一种Rydberg激发光连续调谐锁频装置，包括铷原子样品池、第一激光光源、第二激光光源，第一二分之一波片、第一偏振分光棱镜、高反反射镜、电光调制器、双色镜、光电探测器、第二二分之一波片、第二偏振分光棱镜、第一射频电场、第二射频电场、混频器和滤波器；
[0006]所述铷原子样品池为装有铷原子蒸气的玻璃铷泡，所述第一激光光源发出的光源作为探测光，所述探测光依次经过第一二分之一波片、第一偏振分光棱镜、电光调制器射入铷原子样品池，出射的探测光经过双色镜入射到光电探测器；所述第二激光光源发出的光源作为耦合光，所述耦合光依次经过第二二分之一波片、第二偏振分光棱镜、双色镜射入铷原子样品池，与所述探测光在铷原子样品池中反向共线传播；
[0007]所述第一射频电场输出频率连续可调谐的射频场信号，作用于电光调制器，对探测光进行相位调制，使得电磁感应透明光谱产生可连续调谐的边带光谱，所述第二射频电场输出频率固定的射频场信号，分为两路，一路作用于电光调制器，对探测光进行相位调
制，使得主电磁感应透明光谱和可调谐边带光谱同时产生一个固定频率的边带，另一路进入混频器；所述光电探测器探测到的谱线信号进入混频器，与频率固定的射频场信号混频，混频后进入滤波器，在主电磁感应透明光谱位置和可调谐边带光谱的位置上产生鉴频曲线，所述鉴频曲线反馈至第二激光光源。
[0008]进一步，所述第一激光光源发出的激光波长为780nm，所述第二激光光源发出的激光波长为480nm。
[0009]进一步，所述第一激光光源和第二激光光源发出的两种激光频率应满足：铷原子5S
1/2
(F＝2)
‑
5P
3/2
(F'＝3)
‑
nS
1/2
/D
5/2，3/2
Rydberg态原子阶梯型三能级系统的电磁感应透明条件；在第一激发态5P
3/2
(F'＝3)到Rydberg能级nS
1/2
/D
5/2，3/2
共振跃迁线的附近扫描480nm耦合光的频率，使光电探测器探测到780nm探测光的无多普勒背景的电磁感应透明光谱；第一激光光源的频率锁定在铷原子的基态5S
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(F＝2)到激发态5P
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(F'＝3)的共振跃迁线上，第二激光光源耦合铷原子的第一激发态5P
3/2
(F'＝3)与Rydberg能级nS
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/D
5/2，3/2
。
[0010]进一步，所述第一二分之一波片为780nm的二分之一波片，所述第一偏振分光棱镜为780nm的偏振分光棱镜，所述高反镜为780nm的高反镜。
[0011]进一步，所述第二二分之一波片为480nm的二分之一波片，所述第二偏振分光棱镜为480nm的偏振分光棱镜，所述双色镜为780nm高透和480nm高反的双色镜。
[0012]一种Rydberg激发光连续调谐锁频方法，包括以下步骤：
[0013]步骤1，装有铷原子蒸气的玻璃铷泡作为铷原子样品池；
[0014]步骤2，第一激光光源发出的激光作为探测光，其频率锁定在铷原子的基态5S
1/2
(F＝2)到第一激发态5P
3/2
(F'＝3)的共振跃迁线上，探测光经过第一二分之一波片、第一偏振分光棱镜和高反射镜进入电光调制器，从电光调制器出射的光经过从铷原子样品池的一端入射到铷原子样品池中，透过铷原子样品池的探测光通过双色镜入射到光电探测器中进行探测；
[0015]步骤3，第二激光光源发出激光作为耦合光，耦合光耦合铷原子的第一激发态5P
3/2
(F'＝3)与Rydberg能级nS
1/2
/D
5/2，3/2
，耦合光经过第二二分之一波片、第二偏振分光棱镜和双色镜从铷原子样品池的另一端入射进铷原子样品池中，与探测光在铷原子样品池中反向共线传播；
[0016]步骤4，第一射频电场输出频率连续可调谐的射频场，作用到电光调制器上，对探测光进行相位调制，使电磁感应透明光谱产生可连续调谐的边带光谱，边带光谱距离主电磁感应透明光谱的间隔与所施加可调谐射频场的频率相同；第二射频电场输出频率固定的射频场，分成两路，一路作用到电光调制器上，对探测光进行相位调制，使主电磁感应透明光谱和可调谐边带光谱同时产生一个固定频率的边带；
[0017]施加的频率连续可调谐的第一射频电场可以使得电磁诱导透明谱线产生频率连续可调谐的边带。施加的固定频率的第二射频电场是用来对可调谐的边带谱线进行调制解调，从而在可调谐的边带谱线位置处产生鉴频曲线。
[0018]步骤5，将光电探测器探测到的谱线信号与固定频率的射频场信号的另一路进入混频器进行混频，然后进入滤波器进行滤波，即可在主电磁感应透明光谱位置和可调谐边带光谱的位置上产生鉴频曲线，将鉴频曲线反馈到第二激光光源上，将激光的频率锁定到可调谐边带光谱的位置，即可实现Rydberg原子激发光频率的连续调谐。
[0019]进一步，所述第一激光光源发出的激光波长为780nm，所述第二激光光源发出的激光波长为480nm。
[0020]进一步，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Rydberg激发光连续调谐锁频装置，其特征在于，包括铷原子样品池、第一激光光源、第二激光光源，第一二分之一波片、第一偏振分光棱镜、高反射镜、电光调制器、双色镜、光电探测器、第二二分之一波片、第二偏振分光棱镜、第一射频电场、第二射频电场、混频器和滤波器；所述铷原子样品池为装有铷原子蒸气的玻璃铷泡，所述第一激光光源发出的光源作为探测光，所述探测光依次经过第一二分之一波片、第一偏振分光棱镜、高反射镜、电光调制器射入铷原子样品池，出射的探测光经过双色镜入射到光电探测器；所述第二激光光源发出的光源作为耦合光，所述耦合光依次经过第二二分之一波片、第二偏振分光棱镜、双色镜射入铷原子样品池，与所述探测光在铷原子样品池中反向共线传播；所述第一射频电场输出频率连续可调谐的射频场信号，作用于电光调制器，对探测光进行相位调制，使得电磁感应透明光谱产生可连续调谐的边带光谱，所述第二射频电场输出频率固定的射频场信号，分为两路，一路作用于电光调制器，对探测光进行相位调制，使得主电磁感应透明光谱和可调谐边带光谱同时产生一个固定频率的边带，另一路进入混频器；所述光电探测器探测到的谱线信号进入混频器，与频率固定的射频场信号混频，混频后进入滤波器，在主电磁感应透明光谱位置和可调谐边带光谱的位置上产生鉴频曲线，所述鉴频曲线反馈至第二激光光源。2.根据权利要求1所述的一种Rydberg激发光连续调谐锁频装置，其特征在于，所述第一激光光源发出的激光波长为780nm，所述第二激光光源发出的激光波长为480nm。3.根据权利要求1所述的一种Rydberg激发光连续调谐锁频装置，其特征在于，所述第一激光光源和第二激光光源发出的两种激光频率应满足：铷原子5S
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(F＝2)
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5P
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(F'＝3)
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nS
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Rydberg态原子阶梯型三能级系统的电磁感应透明条件；在第一激发态5P
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(F'＝3)到Rydberg能级nS
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5/2，3/2
共振跃迁线的附近扫描480nm耦合光的频率，使光电探测器探测到780nm探测光的无多普勒背景的电磁感应透明光谱；第一激光光源的频率锁定在铷原子的基态5S
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(F＝2)到激发态5P
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(F'＝3)的共振跃迁线上，第二激光光源耦合铷原子的第一激发态5P
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(F'＝3)与Rydberg能级nS
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5/2，3/2
。4.根据权利要求1所述的一种Rydberg激发光连续调谐锁频装置，其特征在于，所述第一二分之一波片为780nm的二分之一波片，所述第一偏振分光棱镜为780nm的偏振分光棱镜，所述高反镜为780nm的高反镜。5.根据权利要求1所述的一种Rydberg激发光连续调谐锁频装置，其特征在于，所述第二二分之一波片为480nm的二分之一波片，所述第二偏振分光棱镜为480nm的偏振分光棱镜，所述双色镜为780nm高透和480nm高反的双色镜。6.一种利用权利要求1所述装置的Rydberg激...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴量，陈娜，原二保，闫俊伢，杨宏伟，
申请(专利权)人：山西工程科技职业大学，
类型：发明
国别省市：