【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光锁频，具体涉及一种光纤耦合集成的调制转移光谱锁频装置及方法。
技术介绍
1、激光器输出的激光频率通常存在漂移的情况，尤其在环境温度、振动条件等发生变化时，激光频率变化更为显著。在一些对激光频率要求较高的应用场景中，需要对激光器输出的激光频率进行锁定，即锁频。激光的锁频通常是指将激光频率锁定在一个不易受外界影响的、稳定度高的频率参考上，如原子共振吸收跃迁谱线等。
2、调制转移光谱(modulation transfer function,mts)锁频技术是激光器频率锁定的技术之一，调制转移光谱锁频技术主要通过非线性的四波混频过程的调制转移光谱以消除原子吸收多普勒背景，具有极高的灵敏度和精细度。由于不需要对激光器自身进行调制，因此，减少了光谱中调制信号的干扰。
3、但是，目前调制转移光谱锁频技术都是通过空间光路实现，由于传输空间光路的结构复杂、体积大。这样，导致调制转移光谱锁装置的体积和重量大，便携性和可维护性低。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是现有的调制转移光谱锁装置体积大，导致便携性和可维护性低的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种光纤耦合集成的调制转移光谱锁频装置及方法，具体采用如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种光纤耦合集成的调制转移光谱锁频装置，包括：激光器、光纤分束器、填充有碱金属原子的原子气室、第一光纤准直器、第二光纤准直器、第三光纤准直器、光纤电光调制器、分束
4、该装置通过光纤的优异传输特性可以确保激光光束在传输过程中的稳定性和抗干扰能力，从而提高激光频率锁定的精度和稳定性。而且，通过将光路以光纤耦合的方式实现了光学集成，即将激光器、光纤分束器等光学元件和光电探测器、光纤电光调制器等器件集成在光纤平台上，大大降低了调制转移光谱锁频装置的体积和重量，并提高了便携性和可维护性。
5、结合第一方面，在一种可选择的实现方式中，上述光纤分束器为不等功率分束器；探测光光束的功率小于泵浦光光束的功率。
6、在本实现方式中，便于调制后的泵浦光光束和探测光光束实现四波混频效应，以使得调制信号会由调制后的泵浦光光束转移到探测光光束上去，进而提高锁频的准确性。
7、结合第一方面，在一种可选择的实现方式中，上述光纤分束器为等功率分束器，则该装置还包括：光纤衰减器，光纤衰减器设置在光纤分束器与第一光纤准直器之间。光纤衰减器与光纤分束器之间、以及光纤衰减器与第一光纤准直器之间均通过传输光纤连接。探测光光束经光纤衰减器后，再经第一光纤准直器射入原子气室；光纤衰减器用于根据预设比例衰减探测光光束的功率。
8、在本实现方式中，通过光纤衰减器能够准确地衰减探测光光束的功率，以使得衰减后的探测光光束的功率和泵浦光光束的功率的比例满足应用的需求。
9、结合第一方面，在一种可选择的实现方式中，上述碱金属原子为以下中的一种：钾k原子、铷rb原子、铯cs原子。在碱金属原子为k原子的情况下，第一频率与k原子饱和光谱的d1线相对应，或者，第一频率与k原子饱和光谱的d2线相对应。在碱金属原子为rb原子的情况下，第一频率与rb原子饱和光谱的d1线相对应，或者，第一频率与rb原子饱和光谱的d2线相对应。在碱金属原子为cs原子的情况下，第一频率与cs原子饱和光谱的d1线相对应，或者，第一频率与cs原子饱和光谱的d2线相对应。
10、结合第一方面，在一种可选择的实现方式中，上述传输光纤为单模保偏光纤。
11、在本实现方式中，采用单模保偏光纤作为传输光纤，可以确保激光光束在传输过程中的稳定性和抗干扰能力，从而提高激光频率锁定的精度和稳定性。
12、结合第一方面，在一种可选择的实现方式中，上述分束棱镜为偏振分束棱镜。
13、在本实现方式中，通过偏振分束棱镜可以稳定、准确地将调制后的泵浦光光束反射后进入到原子气室。
14、结合第一方面，在一种可选择的实现方式中，上述dds信号发生器产生的高频调制电信号的频率范围为：1mhz-30mhz。
15、在本实现方式中，dds信号发生器产生的高频调制电信号可以满足调制转移光谱锁频的应用需求，进而提高调制转移光谱锁频装置的适用性。
16、结合第一方面，在一种可选择的实现方式中，第一光纤准直器的一端通过毛细玻璃管与传输光纤连接，第一光纤准直器的另一端与原子气室粘接。第二光纤准直器的一端通过毛细玻璃管与传输光纤连接，第二光纤准直器的另一端与分束棱镜粘接。第三光纤准直器的一端通过毛细玻璃管与传输光纤连接，第三光纤准直器的另一端与分束棱镜粘接。
17、在本实现方式中，第一光纤准直器、第二光纤准直器和第三光纤准直器均通过毛细玻璃管与传输光纤连接，可以实现传输光纤出光的准直。
18、结合第一方面，在一种可选择的实现方式中，光纤分束器的一路光路通过保偏熔接与第一光纤准直器连接，光纤分束器的另一路光路通过保偏熔接与光纤电光调制器连接，光纤电光调制器通过保偏熔接与第二光纤准直器连接。
19、在本实现方式中，可以保证光束在传输的过程中的线偏振方向不变。这样，可以确保光束在传输过程中的稳定性和抗干扰能力。
20、第二方面，本专利技术提供一种光纤耦合集成的调制转移光谱锁频方法，包括：首先，输出第一频率的激光光束，该第一频率与碱金属原子相关联。然后，将激光光束分为探测光光束和泵浦光光束，探测光光束的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光纤耦合集成的调制转移光谱锁频装置，其特征在于，包括：激光器、光纤分束器、填充有碱金属原子的原子气室、第一光纤准直器、第二光纤准直器、第三光纤准直器、光纤电光调制器、分束棱镜、光电探测器、直接数字频率合成DDS信号发生器、调制解调电路和比例-积分-微分PID控制电路；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤分束器为不等功率分束器；所述探测光光束的功率小于所述泵浦光光束的功率。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤分束器为等功率分束器，则所述装置还包括：光纤衰减器，所述光纤衰减器设置在所述光纤分束器与所述第一光纤准直器之间；所述光纤衰减器与所述光纤分束器之间、以及所述光纤衰减器与所述第一光纤准直器之间均通过传输光纤连接；
4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述碱金属原子为以下中的一种：钾K原子、铷Rb原子、铯Cs原子；
5.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述传输光纤为单模保偏光纤。
6.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述分束棱镜为偏振分
7.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，DDS信号发生器产生的所述高频调制电信号的频率范围为：1MHz-30MHz。
8.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述第一光纤准直器的一端通过毛细玻璃管与所述传输光纤连接，所述第一光纤准直器的另一端与所述原子气室粘接；
9.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述光纤分束器的一路光路通过保偏熔接与所述第一光纤准直器连接，所述光纤分束器的另一路光路通过保偏熔接与所述光纤电光调制器连接，所述光纤电光调制器通过保偏熔接与所述第二光纤准直器连接。
10.一种光纤耦合集成的调制转移光谱锁频方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种光纤耦合集成的调制转移光谱锁频装置，其特征在于，包括：激光器、光纤分束器、填充有碱金属原子的原子气室、第一光纤准直器、第二光纤准直器、第三光纤准直器、光纤电光调制器、分束棱镜、光电探测器、直接数字频率合成dds信号发生器、调制解调电路和比例-积分-微分pid控制电路；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤分束器为不等功率分束器；所述探测光光束的功率小于所述泵浦光光束的功率。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤分束器为等功率分束器，则所述装置还包括：光纤衰减器，所述光纤衰减器设置在所述光纤分束器与所述第一光纤准直器之间；所述光纤衰减器与所述光纤分束器之间、以及所述光纤衰减器与所述第一光纤准直器之间均通过传输光纤连接；
4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述碱金属原子为以下中的一种：钾k原子、铷rb原子、铯cs原子；
【专利技术属性】
技术研发人员：石猛，雷名威，董文博，张建泉，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：
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