【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及真空紫外激光器领域，尤其涉及一种钍核钟激光光源。
技术介绍
1、原子钟为目前世界上极为精确的时钟标准，人们利用这种稳定的原子能态跃迁产生的共振频率作为节拍器来保持高度精确的时间，这种精确的时间在宇宙天体、人造卫星、地形地貌、半导体芯片等研究应用中的重要性不容忽视。为了进一步提升时间测量的精度，研究者们发现，原子核中的基态与其同分异构体之间也存在这种类似的跃迁过程，并且这种跃迁有望带来一种比原子钟更为精确的时钟——核钟。核钟的计时原理与原子钟相似，通过用与原子两个能级之间的能量差精确对应的光波来诱发原子核的能量跃迁。但这种能级跨度很大，通常对应着x射线、γ射线、β射线乃至更高。截至目前科学家们发现钍-299中有一对能量足够接近的相邻能级，对应着8.338(24)ev的光子能量，这意味着使用149nm的真空紫外激光便可以诱发钍-299原子核内的能级跃迁。
2、获得紫外激光的技术依旧是将近红外或可见光波段激光进行多次频率变换实现。因此，紫外激光器的发展依托非线性晶体的光学性能的提升。受紫外截止波长的限制，硼钹酸钾晶体为实现深紫外和真空紫外激光输出的首选。中国科学院理化技术研究所将自研波长为1319nm的nd:yag脉冲激光器作为泵浦源，通过两个三硼酸锂和一个氟代硼钹酸钾(kbbf)晶体实现了1319nm基频光源的八倍频165nm激光输出(shibo dai,ming chen etal.,”2.14mw deep-ultraviolet laser at 165nm by eighth-harmonic ge
3、随着非线性频率变换技术的发展，受激拉曼散射过程由于没有空间烧孔效应及饱和效应，有助于填补粒子数反转激光器的输出波长范围。中国专利技术专利cn113381279a和cn104600552a中皆将金刚石作为拉曼晶体，将近红外和可见光的泵浦源进行一阶拉曼频移后分别进行两次和单次倍频，从而实现了310nm的窄线宽紫外激光和228nm至260nm的宽可调谐深紫外激光输出。但上述紫外激光依旧是在近红外和可见光基础上进行频率变换获得的。但金刚石作为拉曼晶体所具有优越光学和热学上的特性不仅体现在红外和可见光波段上。金刚石在紫外波段的截止波长为226nm，为目前已知拉曼晶体所能达到的最短波长。且金刚石晶体还具有较高的紫外透过率和较高的损伤阈值。因此金刚石在紫外光学频率变换上也具有相对优势。这也钍核钟激光光源的实现提出了一种新的思路。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一钍核钟激光光源系统，本专利技术在现有真空紫外激光产生技术上，提出了一种新型技术路线，能够实现149nm的高转换效率、高光束质量、高频率稳定性的单频激光输出，详见下文描述：
2、一种钍核钟激光光源系统，所述光源系统包括：266nm激光泵浦源、金刚石拉曼谐振模块、倍频模块、温控装置和稳频装置；
3、所述226nm激光泵浦源输出光注入金刚石拉曼谐振模块，利用三阶级联拉曼效应获得单频298nm激光；再注入倍频模块得到单频149nm激光输出，实现匹配诱导钍-299原子核发生能级跃迁的149nm激光输出；温控装置用于维持金刚石晶体和倍频晶体的工作温度；稳频装置用于实现金刚石拉曼谐振腔模块的稳定单频输出。
4、进一步的，所述266nm激光泵浦源为商用连续或脉冲全固态紫外激光器，光谱线宽小于45ghz。
5、进一步的，所述金刚石晶体拉曼谐振模块的谐振腔为线性、v型、z型、x型或微型谐振腔其中的一种；
6、所述典型线性谐振腔结构包括：激光泵浦源的266nm激光由第一输入镜注入金刚石拉曼谐振腔，经第一金刚石晶体进行三阶拉曼频移得到298nm激光，所产生激光在由第一输入镜和第一输出镜组成的谐振腔内振荡并经第一输出镜输出；为实现激光单纵模运转，在所述金刚石拉曼谐振腔内放置选模元件实现单纵模输出，同时利用稳频装置用以维持单纵模运转的稳定性；
7、所述金刚石晶体拉曼谐振模块泵浦双通时，所述第一输入镜表面镀膜要求为266nm透射率大于99％，270-300nm反射率不小于99％；所述第一输出镜表面镀膜要求为250-290nm反射率不小于99％，298nm具有一定透射率，不大于4％；
8、所述金刚石晶体拉曼谐振模块泵浦单通时，所述第一输入镜表面镀膜要求为266nm透射率大于99％，270-300nm反射率不小于99％；所述第一输出镜表面镀膜要求为266nm透射率大于99％，270-290nm的反射率不小于99％，298nm具有一定透射率，不大于4％。
9、进一步的，所述选模元件为标准具、体布拉格光栅等窄带滤波光学器件，用于实现298nm的单频输出。
10、所述微型谐振腔结构以金刚石晶体为谐振腔，其谐振腔输入端面的镀膜要求为266nm透射率大于99％，270-300nm反射率大于99％，输出端面的镀膜要求为266nm透射率大于99％，270-290nm的反射率大于99％，298nm具有一定透射率，不大于4％，以实现298nm的激光输出，并利用金刚石晶体短腔结构实现激光单纵模运转。
11、进一步的，所述倍频模块为单通倍频、双通倍频、多通倍频或谐振倍频结构。
12、进一步的，所述温控装置，用于保证倍频晶体和金刚石晶体为最佳工作温度，温度调节范围为10-60℃，温度调节精度0.01℃。
13、进一步的，所述稳频装置，为h-c或pdh锁腔结构，用于实现所述金刚石拉曼谐振模块输出波长的锁定。
14、本专利技术提供的技术方案的有益效果是：
15、1、本专利技术提供了一种高光束质量、高频率稳定性的连续或者脉冲运转的窄线宽149nm的钍核钟激光光源；该激光器可填补诱导钍-299原子核能级跃迁光源的空白，满足钍核钟的应用需求；
16、2、本专利技术提本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钍核钟激光光源系统，其特征在于，包括：266nm激光泵浦源、金刚石拉曼谐振模块、倍频模块、温控装置和稳频装置；
2.根据权利要求1所述的一种钍核钟激光光源系统，其特征在于，所述266nm激光泵浦源为商用连续或脉冲全固态紫外激光器，光谱线宽小于45GHz。
3.根据权利要求1所述的一种钍核钟激光光源系统，其特征在于，所述金刚石晶体拉曼谐振模块为线性谐振腔、V型谐振腔、Z型谐振腔、X型谐振腔或微型谐振腔结构。
4.根据权利要求3所述的一种钍核钟激光光源系统，其特征在于，所述金刚石晶体拉曼谐振模块为线性谐振腔结构，包括：第一输入镜、第一金刚石晶体、选模元件、第一输出镜，激光泵浦源的266nm激光由第一输入镜注入金刚石拉曼谐振模块，经第一金刚石晶体进行三阶拉曼频移得到298nm激光，所产生激光在由第一输入镜和第一输出镜组成的谐振腔内振荡并经第一输出镜输出；所述第一金刚石晶体中心置于谐振腔的束腰位置，两端面镀有在250-300nm波段透射率大于99％的介质膜；所述选模元件放置在金刚石拉曼谐振腔内以实现激光单纵模运转；
5.根据权利要求
6.根据权利要求3所述的一种钍核钟激光光源系统，其特征在于，所述金刚石晶体拉曼谐振模块为微型谐振腔结构，以第二金刚石晶体为谐振腔，其谐振腔输入端面的镀膜要求为266nm透射率大于99％，270-300nm反射率大于99％，输出端面的镀膜要求为266nm透射率大于99％，270-290nm的反射率大于99％，298nm具有一定透射率，不大于4％，以实现298nm的激光输出，并利用金刚石晶体短腔结构实现激光单纵模运转。
7.根据权利要求4所述的一种钍核钟激光光源系统，其特征在于，所述选模元件为标准具、体布拉格光栅等窄带滤波光学器件，用于实现298nm的单频输出。
8.根据权利要求1所述的一种钍核钟激光光源系统，其特征在于，所述倍频模块为单通倍频、双通倍频、多通倍频或谐振倍频结构。
9.根据权利要求1所述的一种钍核钟激光光源系统，其特征在于，所述温控装置，用于保证倍频晶体和金刚石晶体为最佳工作温度，温度调节范围为10-60℃，温度调节精度0.01℃。
10.根据权利要求1所述的一种钍核钟激光光源系统，其特征在于，所述稳频装置，采用H-C或PDH锁腔方法，将谐振腔输出激光波长锁定到超稳腔或光频梳等参考频率。
...【技术特征摘要】
1.一种钍核钟激光光源系统，其特征在于，包括：266nm激光泵浦源、金刚石拉曼谐振模块、倍频模块、温控装置和稳频装置；
2.根据权利要求1所述的一种钍核钟激光光源系统，其特征在于，所述266nm激光泵浦源为商用连续或脉冲全固态紫外激光器，光谱线宽小于45ghz。
3.根据权利要求1所述的一种钍核钟激光光源系统，其特征在于，所述金刚石晶体拉曼谐振模块为线性谐振腔、v型谐振腔、z型谐振腔、x型谐振腔或微型谐振腔结构。
4.根据权利要求3所述的一种钍核钟激光光源系统，其特征在于，所述金刚石晶体拉曼谐振模块为线性谐振腔结构，包括：第一输入镜、第一金刚石晶体、选模元件、第一输出镜，激光泵浦源的266nm激光由第一输入镜注入金刚石拉曼谐振模块，经第一金刚石晶体进行三阶拉曼频移得到298nm激光，所产生激光在由第一输入镜和第一输出镜组成的谐振腔内振荡并经第一输出镜输出；所述第一金刚石晶体中心置于谐振腔的束腰位置，两端面镀有在250-300nm波段透射率大于99％的介质膜；所述选模元件放置在金刚石拉曼谐振腔内以实现激光单纵模运转；
5.根据权利要求4所述的一种钍核钟激光光源系统，其特征在于，所述金刚石晶体拉曼谐振模块还包括第一空间光隔离器、第一光束整形系统、第一二分之一波片、第一聚焦透镜，第一分色镜，激光泵浦源的266nm激光沿光轴单次通过所述第一空间光隔离器后经所述第一光束整形装置对泵浦光束光斑尺寸进...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘雨萱，杨学宗，姜华卫，冯衍，陈卫标，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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