【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于卫星通信，涉及一种为里德堡电场测量系统提供参考信号的集成化装置，特别涉及一种集成里德堡电场测量参考信号系统。
技术介绍
1、在以碱金属原子铯为工作介质的传统里德堡电场测量方案中，一种常用的方案是利用852nm激光和510nm激光来实现碱金属原子的双光子共振跃迁，构建阶梯型三能级体系，将原子激发至里德堡态。双光子共振跃迁状态的构建需要激光器的输出光频率被锁定在与原子跃迁频率共振的频率上。因此该系统需要使用参考信号来确保激光器的频率锁定状态。
2、通常利用原子饱和吸收光谱信号作为参考锁定852nm激光器，利用eit光谱信号作为参考锁定509nm激光器。饱和吸收光谱信号通过光电探测器输入到锁频模块中，经过调制解调得到其对应的鉴频曲线，由pid模块反馈来控制激光器，从而达到自动纠正激光器频的目的。在852nm激光频率锁定之后获得的eit光谱信号也通过光电探测器输入到锁频模块中，通过信号调制解调之后利用pid模块反馈控制激光器，使得509nm激光器输出光频率也锁定在特定的原子跃迁频率上。
3、传统方案中两种参考信号的获取分别利用两个独立的原子气室来搭建光路，并进行信号采集，整体的参考信号系统体积较大，光路复杂，在实际使用状态下难以灵活移动，大大限制了电场测量系统的使用场景。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种集成里德堡电场测量参考信号系统，解决了传统参考信号系统体积较大、光路复杂的技术问题。本专利技术通过紧凑型光路设计使得系统体
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种集成里德堡电场测量参考信号系统，包括第一激光器、第二激光器、原子气室、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、pbs(偏振分光棱镜)、bs(分光棱镜)、第二二向色镜和第一二向色镜；
4、第一激光器产生的激光经第一二向色镜透射后进入原子气室，从原子气室出射后，经第二二向色镜透射；
5、第二激光器产生的激光经过pbs后进入原子气室，从原子气室出射后经过bs进行分光，得到第一光束和第二光束；第一光束经bs反射后进入第二二向色镜，经第二二向色镜反射进入原子气室，从原子气室出射后被第一二向色镜反射，进入第一光电探测器，形成第一频率参考信号；第二光束分光后得到第三光束和第四光束，第三光束被bs反射后进入第二激光器，形成功率参考信号，第四光束再次进入原子气室与第二光束反向重合，从原子气室出射后被pbs反射，进入第三光电探测器，形成第二频率参考信号。
6、进一步的，第二光束首先经过四分之一波片变为圆偏振光，被反射镜反射后再次经过四分之一波片变为与第一光束偏振方向垂直的线偏振光，经bs进行分光，得到第三光束和第四光束，第三光束被bs反射后进入第二光电探测器，形成功率参考信号，第四光束再次经过原子气室与第二光束反向重合，从原子气室出射后被pbs反射，进入第三光电探测器，形成第二频率参考信号。
7、进一步的，第一光束进入原子气室后，与第一激光器入射原子气室的激光相向传播且光路重合；
8、第四光束再次进入原子气室后，与第二激光器入射原子气室的激光相向传播且光路重合。
9、进一步的，第一二向色镜为截止波长范围530～750nm，530nm以下透过率高于85％，750nm以上反射率高于90％的短波通二向色镜；
10、第二二向色镜为截止波长范围530～750nm，530nm以下透过率高于90％，750以上反射率高于90％的短波通二向色镜。
11、进一步的，bs为50％分光的bs，第一光束和第二光束的功率相等。
12、进一步的，第二光束经过1/4波片后被反射镜反射，再次经过1/4波片后重新进入bs，得到功率相等的第三光束和第四光束。
13、进一步的，当原子气室中的碱金属为铯时，第一激光器和第二激光器分别产生509nm的连续激光和852nm的连续激光，第一频率参考信号为用于锁定第一激光器频率的eit光谱，第二频率参考信号为用于锁定第二激光器频率的饱和吸收光谱，功率参考信号用于锁定第二激光器的功率。
14、进一步的，当原子气室中的碱金属为铷时，第一激光器和第二激光器分别产生481nm的连续激光和780nm的连续激光，第一频率参考信号为用于锁定第一激光器频率的eit光谱，第二频率参考信号为用于锁定第二激光器频率的饱和吸收光谱，功率参考信号用于锁定第二激光器的功率。
15、进一步的，第二光电探测器在光谱扫描阶段给出原子吸收谱线，与第三光电探测器得到的饱和吸收谱线做差分得到无吸收背景的饱和吸收谱线；饱和吸收谱线在激光锁定阶段用于激光功率监测，作为功率参考信号。
16、进一步的，所有光学元器件均为规则尺寸，通过粘合方式集成在一起，无光路调整装置以减少振动影响。
17、进一步的，第一激光器和第二激光器的输入方式为光纤准直器输入，无需外部光路调整。
18、本专利技术与现有技术相比具有如下至少一种有益效果：
19、(1)本专利技术创造性的提出一种集成里德堡电场测量参考信号系统，在保证参考信号具有较高信噪比的前提下，通过紧凑型光路设计使得系统体积大幅减小；
20、(2)本专利技术参考信号集成装置可以在移动条件下工作，极大地减小了对电场测量系统的使用条件限制；
21、(3)本专利技术可同时获取原子吸收光谱和饱和吸收光谱信号，并通过两信号的差值获得消除多普勒背底的饱和吸收参考信号，基于该信号的852nm激光的频率锁定系统具有更高的锁定精度。
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1.一种集成里德堡电场测量参考信号系统，其特征在于，包括第一激光器(1)、第二激光器(2)、原子气室(3)、第一光电探测器(4)、第二光电探测器(5)、第三光电探测器(6)、PBS(7)、BS(8)、第二二向色镜(9)和第一二向色镜(10)；
2.根据权利要求1所述的一种集成里德堡电场测量参考信号系统，其特征在于，第一光束进入原子气室(3)后，与第一激光器(1)入射原子气室(3)的激光相向传播且光路重合；
3.根据权利要求1所述的一种集成里德堡电场测量参考信号系统，其特征在于，第一二向色镜(10)为截止波长范围530～750nm，530nm以下透过率高于85％，750nm以上反射率高于90％的短波通二向色镜；
4.根据权利要求1所述的一种集成里德堡电场测量参考信号系统，其特征在于，BS(8)为50％分光的BS，第一光束和第二光束的功率相等。
5.根据权利要求1所述的一种集成里德堡电场测量参考信号系统，其特征在于，第二光束经过1/4波片(11)后被反射镜(12)反射，再次经过1/4波片(11)后重新进入BS(8)，得到功率相等的第三光
6.根据权利要求1所述的一种集成里德堡电场测量参考信号系统，其特征在于，当原子气室(3)中的碱金属为铯时，第一激光器(1)和第二激光器(2)分别产生509nm的连续激光和852nm的连续激光，第一频率参考信号为用于锁定第一激光器(1)频率的EIT光谱，第二频率参考信号为用于锁定第二激光器(2)频率的饱和吸收光谱，功率参考信号用于锁定第二激光器(2)的功率。
7.根据权利要求1所述的一种集成里德堡电场测量参考信号系统，其特征在于，当原子气室(3)中的碱金属为铷时，第一激光器(1)和第二激光器(2)分别产生481nm的连续激光和780nm的连续激光，第一频率参考信号为用于锁定第一激光器(1)频率的EIT光谱，第二频率参考信号为用于锁定第二激光器(2)频率的饱和吸收光谱，功率参考信号用于锁定第二激光器(2)的功率。
8.根据权利要求1所述的一种集成里德堡电场测量参考信号系统，其特征在于，第二光电探测器(5)在光谱扫描阶段给出原子吸收谱线，与第三光电探测器(6)得到的饱和吸收谱线做差分得到无吸收背景的饱和吸收谱线；饱和吸收谱线在激光锁定阶段用于激光功率监测，作为功率参考信号。
9.根据权利要求1所述的一种集成里德堡电场测量参考信号系统，其特征在于，所有光学元器件均为规则尺寸，通过粘合方式集成在一起。
10.根据权利要求1所述的一种集成里德堡电场测量参考信号系统，其特征在于，第一激光器(1)和第二激光器(2)的输入方式为光纤准直器输入。
...【技术特征摘要】
1.一种集成里德堡电场测量参考信号系统，其特征在于，包括第一激光器(1)、第二激光器(2)、原子气室(3)、第一光电探测器(4)、第二光电探测器(5)、第三光电探测器(6)、pbs(7)、bs(8)、第二二向色镜(9)和第一二向色镜(10)；
2.根据权利要求1所述的一种集成里德堡电场测量参考信号系统，其特征在于，第一光束进入原子气室(3)后，与第一激光器(1)入射原子气室(3)的激光相向传播且光路重合；
3.根据权利要求1所述的一种集成里德堡电场测量参考信号系统，其特征在于，第一二向色镜(10)为截止波长范围530～750nm，530nm以下透过率高于85％，750nm以上反射率高于90％的短波通二向色镜；
4.根据权利要求1所述的一种集成里德堡电场测量参考信号系统，其特征在于，bs(8)为50％分光的bs，第一光束和第二光束的功率相等。
5.根据权利要求1所述的一种集成里德堡电场测量参考信号系统，其特征在于，第二光束经过1/4波片(11)后被反射镜(12)反射，再次经过1/4波片(11)后重新进入bs(8)，得到功率相等的第三光束和第四光束。
6.根据权利要求1所述的一种集成里德堡电场测量参考信号系统，其特征在于，当原子气室(3)中的碱金属为铯时，第一激光器(1)和第二激光器(...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈远航，李洁，卢志鹏，王思月，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：
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