原子干涉仪中激光频率和光强控制系统的设计
原子干涉激光技术锁定
原子干涉激光技术锁定1引言原子干涉仪可以精确地测量重力加速度和重力梯度[l,2]、牛顿引力常数[:‘一创、地球自转速率和旋转速率卜8一以及精细结构常数[0l,在导航、资源勘探、地震监测、大地测量及环境监控等方面具有重要应用前景〔“〕,川。
原子干涉仪通常采取三对拉曼光脉冲序列(洲2一7T一对2)对原子波包进行相干操作〔‘2],高功率的拉曼光可让更多的原子参与速度敏感型受激拉曼跃迁,有利于实现信噪比高的原子干涉仪条纹。
研制高功率的拉曼激光器对冷原子干涉仪的实验研究具有重要意义。
注入锁定技术是提高激光功率同时保持注入光相下胜的有效方法[l“]。
半导体激光器注入锁定时,需将主激光器的输出光注入到从激光器中,主激光器一般选用窄线宽、单纵模的激光器,从激光器选取功率较大的半导体激光器,当主、从激光器的频率、偏振匹配时,从激光器可被注入锁定,此时从激光器的频率、相位和偏振与主激光器同步,主激光器的输出功率被从激光器有效地放大。
注入锁定技术的实验研究已有大量报道,最早实现注入锁定的是氦氖激光器[l4],后来注入锁定被应用于二氧化碳激光器115,‘“]。
近年来,半导体激光器的应用范围越来越广,其注入锁定技术也有了很大的发展!‘7]。
20XX年北京大学王晓辉等利用半导体激光器速率方程的两模式场模型描述了从激光器的注入锁定理论[l”],20XX年实现了垂直腔面发射半导体激光器的注入锁定[‘”]。
经过高频声光调制器移频后的两个激光场能保持很好的相干性,并避免了注入锁定过程中的模式竞争,频率和相位相对稳定,可作为拉曼光用于原子干涉仪。
高频声光调制器的衍射效率往往较低,调制产生的拉曼光不能满足原子干涉仪对激光功率的需求。
如前所述,注入锁定技术可实现激光功率的放大,因此将声光调制技术与注入锁定技术结合起来是实现高功率拉曼光的新思路。
我们基于声光调制与注入锁定技术,开展了用于冷原子干涉仪的拉曼光注入锁定的实验研究,实现了高功率的拉曼光。
13采用声光频移器反馈控制实现激光强度稳定_靳刚pdf
第2 期
靳 刚，等： 采用声光频移器反馈控制实现激光强度稳定
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图 4 反馈控制电路 Fig． 4 Feedback control electronic circuit
4 实验结果与分析
δX = FXout － Xave ，
（ 3）
式中： F 包括反射效率和光电转化效率。然后通 过比例电路将误差信号以一定增益供给调制器， 如式（ 4） ：
K（ t） = － GδX ，
（ 4）
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中国光学
第7 卷
图 2 实验装置示意图 Fig． 2 Schematic diagram of the experimental setup
反馈控制电路如图 4 所示，其核心部分是比 较器部分和比例积分放大（ PI） ，这两部分的性能 好坏对整个反馈控制系统至关重要。包括比例放 大—对误差信号比例积分—叠加直流信号 3 个环 节。电路图中的第一部分是第一级比例放大电 路，此处可以根据探测器得到的电压信号 Vin 进 行一定比例的放大或缩小，以此满足第二级运放 的输入条件，以免出现失真。第二级电路是将一 级比例运算得到的电压信号与一个标准信号反向 求和得到的误差信号，再经比例积分，将直流信号 滤除后得到一个平均值为零的交流信号，因此它 只对后续 AOM 衍射效率的瞬时值有影响，而决 定 AOM 衍射效率的平均值部分是图示所示第三 部分，由精密电压基准 AD581 经过分压可以输出 0 ～ 3. 3 V 的直流电压。采用 Mini-Circuit 公司的 ZFＲSC-2050 加法器将第二部分 PI 电路得到的交 流信号与第三部分的直流信号进行相加，可避免 有源加法器带来的额外噪声，将输出电压信号供 给射频压控振荡器（ VCO） 的功率控制端口（ Va） 以控制射频信号的输出功率，进而调节 AOM 的 衍射效率。
用于原子干涉仪的光学锁相环系统
doi ： 10. 11823/j. issn. 1674 -5795. 2020. 06. 05用于原子干涉仪的光学锁相环系统白金海，胡栋，贡昊，王宇(航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京100095)摘 要：相干激光的性能对原子干涉仪的测量精度有着重要影响。
本文介绍了一种制备相干激光的外差式光学锁相环系统，实现了两台外腔半导体激光器频率和相位的同步，锁相后的激光拍频线宽低于1 Hz , 10 MHz 积分 带宽内的残余相位噪音为0.002 rad 2,频偏1 ~ 100 kHz 范围内的相位噪音达到-100 dBc/Hz 。
并研究了闭环相位噪音对原子干涉仪的影响，在自由演化时间为200 ms 、拉曼"脉冲时间为30 !、单次循环时间为1s 条件下，锁 相后相位噪音对重力测量灵敏度的贡献为10 ^Gal/ZHY ,完全满足高精度原子干涉仪的使用需求。
关键词：光学锁相环；相位噪音；原子干涉仪；灵敏度Abstract : The performanc/ of coherent laser has an important influence on the measurement accurac/ of atom interferometry. We present aheterodyne optical phase-lock loop system for generating coherent laseo. The frequenc/ and phase synchronization of two external cavity semiconduc-too lasers are realized. The laser beat signal /newidth is less than 1 Hz, the residual phase noise within 10 MHz 00x 0 bandwidth is 0. 002 rad 2, and the phase noise reaches a fat foot of - 100 dBc/Hz in the offset frequency range of 1 kHz to 100 kHz. We also researched the impact on thesensitivity of the atomic measurement. Using the 200 ms' inWrrocation Wme, the 30 ms 'tt Raman pulse duration time and the 1 s' cycle Wme, we cdculated that out system would allow us to reach a sensitivity to acceleration as low as 10 ^Gal/ /Hz , meet the needs of high precision atominterferometry completely.Keywords ： opticcl phase-lock loop ； phase noise ； atom interferometers ； sensitivity中图分类号：文献标识码：A 文章编号：1674 -5795(2020)06 -0026 -05An Optical Phase-locC Loop System for Atom InterferometertBAIJinhai , HU Dong , GONG Hao , WANG Yu(Changcheng Institute of Metrology & Measurement , Beijing 100095 , China)0引言相位相干激光器在原子物理实验领域有着重要应用，包括相干布居俘获原子钟'1(、量子通信'2(、精密 光谱测量'3-4(、原子干涉仪［5-6］等。
实验技术中的激光干涉技术的原理与实现
实验技术中的激光干涉技术的原理与实现激光干涉技术是一种基于光的干涉现象的测量方法，广泛应用于实验技术中。
它利用激光的特点，在光的干涉区域产生明暗相间的干涉条纹，通过分析和处理这些条纹，可以获取被测量物体的形态、位移、厚度等信息。
本文将介绍激光干涉技术的原理与实现。
激光干涉技术的原理基于光的干涉现象，即两束光相遇叠加时，互相干涉形成干涉条纹。
而激光由于具有相干光源的特点，可以产生高质量的干涉条纹。
激光干涉技术主要分为两类：自由空间干涉和光纤干涉。
自由空间干涉是指利用激光经过光学元件，如分束器、反射镜等，形成干涉条纹。
其中最常见的实验技术是大气相干仪。
大气相干仪是一种可以测量大气中的湍流结构的仪器，通过测量光的相位差来反映湍流的程度。
它利用激光通过大气中的物理参数发生变化时，光的波前将会发生相位延迟，从而形成明暗相间的干涉条纹。
通过分析这些干涉条纹的强度和形态变化，可以了解大气湍流的情况。
大气相干仪广泛应用于气象研究、天体光学以及激光通信等领域。
另一类是光纤干涉技术，它利用光在光纤中传播时的干涉现象进行测量。
光纤干涉技术可以分为两种类型：多模干涉与单模干涉。
多模干涉是指激光在光纤中传输时，由于不同模场的干涉造成的干涉条纹。
这种技术可以用于测量光纤中的形变、温度等物理量。
而单模干涉是指由于光纤中的微小扰动引起的相位变化所产生的干涉。
这种技术可以用于测量微小位移、细胞生物力学以及微纳尺度物体的变形等。
在实现激光干涉技术时，需要注意的是光路的稳定性和准直性。
光路的稳定性是指光经过光学元件传递时，要保证光的相对相位不受外界干扰的影响，从而保证干涉条纹的稳定性。
准直性则是指激光传输过程中光的方向要准确，以保证干涉效果的准确性。
除此之外，还需要使用适当的光学器件，如分束器、反射镜、透镜等，来控制光线的传输和干涉。
激光干涉技术具有高精度、高灵敏度、非接触性等特点，被广泛应用于科学研究和工程领域。
在材料科学中，可以用于测量材料的应力分布、膨胀系数等物理性质。
发那科激光干涉仪循环程序
发那科激光干涉仪循环程序介绍激光干涉仪是一种用于测量光程差的仪器，通过激光干涉原理可以实现高精度的距离测量。
发那科激光干涉仪是市场上领先的激光干涉仪之一，具有精密度高、测量速度快、可靠性强的特点。
本文将详细介绍发那科激光干涉仪的循环程序，包括其原理、应用、编写步骤等。
原理发那科激光干涉仪的原理基于激光干涉现象。
激光束经过分光镜分为两束，分别照射到被测物体上和参考物体上，然后再经过反射后重新合成，在屏幕上形成干涉条纹。
根据干涉条纹的变化，可以计算出被测物体与参考物体之间的距离。
应用发那科激光干涉仪广泛应用于精密测量领域，包括制造业、工程测量等。
主要应用领域有以下几个方面：1.制造业中的精密测量，例如机械零件的尺寸测量、表面粗糙度检测等；2.工程测量中的位移测量，例如建筑物的沉降监测、桥梁的变形监测等；3.材料科学中的应力测量，例如材料的拉伸强度测量、压力传感器等。
编写步骤以下是编写发那科激光干涉仪循环程序的步骤：1. 初始化参数在编写循环程序之前，首先需要初始化一些参数，包括激光干涉仪的设置参数、被测物体的位置参数等。
这些参数将作为循环程序的输入。
2. 启动激光干涉仪将激光干涉仪的电源打开，同时启动仪器上的程序。
这将使激光干涉仪进入工作状态，准备开始测量。
3. 开始循环程序编写主要的循环程序，以实现对被测物体和参考物体之间距离的测量。
循环程序通常包括以下几个步骤：3.1 发射激光首先，通过控制激光干涉仪，发射激光束并将其分为两束。
3.2 照射到被测物体和参考物体将两束激光照射到被测物体和参考物体上，确保两束激光在同一位置照射。
这可以通过控制激光束的角度和位置来实现。
3.3 合成干涉条纹被测物体和参考物体上的激光束经过反射后会重新合成，形成干涉条纹。
通过调整激光干涉仪的位置和角度，可以改变干涉条纹的形态。
3.4 检测干涉条纹使用相机或其他检测器，对干涉条纹进行捕捉和处理。
通过对干涉条纹的分析，可以得到被测物体与参考物体之间的距离。
光子晶体中的光频率调制与控制
光子晶体中的光频率调制与控制光子晶体是一种具有周期性结构的材料，在其晶格中引入周期性折射率变化可以导致光在其中的波长受到限制。
这一特性使得光子晶体成为控制光频率的重要工具，并在光学器件、光通信等领域得到广泛应用。
在光子晶体中，改变周期性折射率变化的方式可以实现对光频率的调制和控制。
一种常用的方法是通过改变晶格的周期来调整光的波长。
光的波长与晶格的周期呈反比关系，因此通过改变周期可以实现对光波长的调制。
这种调制方法被广泛应用于光通信中的光纤光栅和光子晶体纳米材料中。
另一种常用的方法是通过引入缺陷点或缺陷线来调制光频率。
光子晶体中的缺陷点或缺陷线可以引起光波的散射和干涉，从而导致光频率的修改和调制。
通过精确控制缺陷点或缺陷线的位置、形状和折射率等参数，可以实现对光频率的精确调控。
这种方法被广泛应用于光子晶体光纤、光子晶体微腔等器件中。
除了调制光频率，光子晶体还可以实现对光波的传播和调制。
光子晶体中的折射率变化可以引起光波的色散和吸收，从而改变光的传播方式和光频率的特性。
通过设计和控制光子晶体的折射率变化，可以实现对光波的衍射、散射和干涉等效应的控制。
这一特性被广泛应用于光纤光栅、光子晶体光调制器等器件中。
光子晶体中的光频率调制和控制不仅具有理论上的意义，还在实际应用中展现了巨大的潜力。
例如，在光通信领域，光子晶体光纤和光子晶体光调制器可以实现高速、低损耗的光信号调制和传输，极大地提高了光通信系统的性能和带宽。
在光学器件领域，光子晶体微腔和光子晶体光放大器等器件可以实现高灵敏度和高分辨率的光探测和信号放大，为精密测量和光谱分析提供了新的途径。
然而，光子晶体中的光频率调制和控制仍面临一些挑战和难题。
例如，如何实现对光子晶体的折射率变化进行精确的控制和调节；如何克服光子晶体在高频率和高功率光场下的非线性效应和损耗；如何将光子晶体的调制和控制特性与其他光学器件和系统进行集成等等。
这些问题需要在光子晶体材料、器件设计和制备技术等方面进行深入研究和探索。
激光干涉光刻技术研究
激光干涉光刻技术研究
Laser interferencephotolithography technology research
学 生 姓 名
王新舜
专 业
电子科学与技术
学分院
2015年X月
摘 要
本文研究的是基于激光干涉光刻的相关理论，综合论述激光干涉光刻的基本原理、主要类型、发展趋势及当前未解决的难题。干涉光刻技术是一个无需用到复杂的光学系统或光掩膜而制备精细结构的技术手段，干涉光刻技术集激光、干涉和衍射光学及光学光刻于一体。激光干涉光刻作为一种新兴的光刻技术，具有设备简单、价格低廉、高效率高分辨率和大视场曝光等待点，对其进行系统的研究，对推进光学光刻极限，发展纳米微电子和光电子器件、新型大屏幕平板显示器和新型光刻机具有重要意义和广阔的应用前景。
Keywords:Optical lithographyholographic lithographyinterference lithography
绪 论
随着科学技术的进步和半导体工业的发展,集成电路的特征尺寸越来越小，而激光干涉光刻技术是一种在材料表面大面积加工亚微米尺度周期性结构的技术，是半导体器件制造的又一重要技术，激光干涉光刻能产生周期性点、线结构等特点。集成电路之所以会这样飞速发展，光刻技术功不可没，而其中激光干涉光刻技术又是近几年新兴的一项技术，这对半导体工业和集成电路又是一次巨大的飞跃，所以对激光干涉光刻技术进行研究是必要的。目前国际上对激光干涉光刻技术的研究取得了很大的进展，不仅加工出大面积的小尺度微纳结构在应用性研究上也取得了许多优秀的成果。虽然我国相比于一些发达国家在技术上还有些不足，但也取得了许多优秀的成果，在应用方面提出了突破性的研究。随着科技的进步，激光干涉光刻技术也面临着更多的挑战，例如激光干涉光刻在成本控制、质量稳定性，以及应实用性应用还有很多缺陷。
原子干涉的原理与应用
原子干涉的原理与应用1. 原理介绍•原子干涉是一种探测原子性质的实验方法，利用原子的波动性质和波的干涉现象来研究原子的性质和相互作用。
•原子干涉实验是建立在强激光场中原子行为的基础之上的，当原子与激光场相互作用时，强激光场中的电磁波会影响原子的运动状态和能级结构，从而导致原子的干涉现象。
2. 实验过程原子干涉实验通常包含以下步骤：1.准备实验装置：包括激光器、光学元件、瓶装蒸汽或原子束源等。
激光器产生激光束，光学元件用于控制光束的传播和调整干涉条件，蒸汽或原子束源用于产生原子束。
2.使原子与激光场相互作用：将原子束通过激光场中，使原子与激光场相互作用，这会导致原子的能级结构受到改变。
3.观察干涉现象：在适当的条件下，观察到原子干涉所产生的干涉图案。
根据干涉图案的性质和规律，可以研究原子的性质和相互作用。
3. 干涉现象的解释原子干涉实验中观察到的干涉现象可以用以下解释：•原子的运动可以被看作是波动性质和粒子性质的结合。
当原子通过激光场时，激光场对原子的波动性质产生影响，使原子的波动性质发生变化，从而产生干涉现象。
•激光场对原子的波动性质的影响可以用波函数叠加的方式来描述，当原子的波函数不同路径的叠加相位发生改变时，干涉现象就会出现。
•干涉现象的图案可以通过调节激光场的强度、频率和相位等参数来控制，从而研究原子的不同性质和相互作用。
4. 应用领域原子干涉技术在多个领域有广泛的应用，包括：•原子物理研究：原子干涉技术可以用于研究原子的粒子性质、波动性质和相互作用，深入理解原子结构和性质。
•量子信息：原子干涉技术可以用于制备和操控原子之间的纠缠态，实现量子信息的传输和处理。
•光学测量：原子干涉技术可以用于制备高精度的光学腔，用于测量光的频率和相位等。
•导航和惯性测量：原子干涉技术可以用于制备高精度的惯性传感器和导航设备，提高定位和导航的精度。
5. 发展前景原子干涉技术的发展前景广阔，随着科技的不断进步和应用需求的增加，原子干涉技术将在以下方面继续发展：1.技术改进：改进实验装置和技术手段，提高原子体系的控制精度和干涉效果。
实验二 双频激光干涉实验
实验二 双频激光干涉实验一、 实验目的了解双频激光干涉测量原理，设计测量长度与角度的干涉系统，并且比较一般干涉测量与双频激光干涉测量的异同。
二、 实验原理1. 测长原理如图1所示：其中L1 为稳频的激光器，Mm 、Mr 为两个全反射组件，P1、P2 为检偏器，D1、D2 为光电探测 器。
Mm 固定在被测物体上。
输出激光含频差为f ∆的两正交线偏振光分量1f 、2f 。
输出光经分光镜 BS 后，一 部分光被反射，经检偏器 P 1, 两频率分量干涉产生拍频，该信号被光电探测器D1 接 收，形成参考信号 Sr 。
透射光经线性干涉仪后，1f 、2f 被分开， 1f 进入参考臂，2f 进入测量臂，由两角锥棱镜反射返回后，在线性干涉仪上会合，经检偏器 P2 后发生干 涉，光电探测器 D2 接收干涉信号，形成测量信号 Sm 。
此时如果测量镜以速度v 移动，则1f 的返回光频率发生变化，成为1D f f +∆,D f ∆为多普勒频差，1D f f +∆通过线性干涉仪与2f 的返回光会合，经检偏后，其拍频被光电 探测器 D2 接收，Sr ，Sm 经前置放大后进入计算机进行计数。
计算机对两路信号进行比较，计算其差值±D f ∆。
进而按下式计算动镜的速度ϑ和移动的距离得出所测的长度 L 。
设在测量中动镜的移动速度v （这里v 可以随时间变化），则由多普勒效应引起的频差变化为：122D v v f f c λ∆== (1-1) 式中：1f 激光频率，c 光速，λ波长，D f ∆为动镜移动时，由它反射回来的光频率 的变化量，也就是经计算机比较计算出来的两路信号的差值。
设动镜的移动距离为D ，时间为t 则：000()222t t t D D D vdt f dt f dt N λλλε==∆⋅=∆⋅=+⎰⎰⎰ (1-2)N ε+为测量过程中动镜下的条纹数（N 为整数部分，ε为小数部分）。
00()t tD D N f dt f dt ε+=∆⋅=∆⋅∑⎰ （1-3）所以，位移D 的计算公式为：()2D N λε=+ (1-4)2. 测角原理如图2所示：如图，基于正弦尺的原理，利用角度干涉仪和角度靶镜，双频激光干涉仪就可以进行角度测量。
原子干涉仪原理范文
原子干涉仪原理范文原子干涉仪（Atomic Interferometer）是一种利用光学干涉原理来测量物质波波长和其他相关性质的仪器。
其原理基于量子力学中的德布罗意关系，即物质粒子（如原子）具有波粒二象性，其波动性质可以与光的干涉相类比。
原子干涉仪一般由从原子源中发射出的准单色原子束、原子干涉器和探测器组成。
首先，通过热蒸发、气体冷却等方式，将气态原子冷却到低温，并通过适当的方法使原子束具有一定的速度和方向。
然后，将该原子束分成两个或多个不同的路径，这些路径之间相互干涉，形成干涉波。
最后，通过探测器探测干涉波的干涉图样，并据此推导出原子的波长和其他性质。
原子干涉器通常采用光学方法来实现，其中最常见的是马赫-曾德尔干涉仪。
具体来说，原子束首先经过一个束缚腔，以便使原子束具有相干性和定向性。
然后，原子束再经过一对平行光学面镜，形成马赫-曾德尔干涉图样。
根据干涉条纹的变化，可以精确测量原子波长和其他物理性质。
原子干涉仪的工作原理可以简单理解为以下几个步骤：首先，利用准单色激光器将原子束进行干涉切割。
然后，通过改变相对干涉切割的位置，可以实现干涉光的相位调节。
最后，探测器记录干涉光的强度变化，并利用这些变化推导出原子波长和其他性质。
原子干涉仪的主要应用领域是精密测量和基本物理研究。
在精密测量方面，原子干涉仪可以用于测量地球重力场、惯性导航、地下资源探测等。
在基本物理研究方面，原子干涉仪可以用于研究量子力学中的基本定律，如引力测定、量子力学基本常数值的测定等。
总结起来，原子干涉仪的原理是利用光学干涉原理来测量原子的波长和其他相关性质。
通过将原子束分成多条路径，形成干涉波，并通过测量干涉图样的变化来推导出原子波长和其他性质。
原子干涉仪在精密测量和基本物理研究中具有重要的应用价值。
激光发射器设置频率的原理
激光发射器设置频率的原理
激光发射器设置频率的原理可以涉及不同类型的激光发射器，但我们可以讨论一些常见的原理。
对于连续波（CW）激光发射器，频率的设置通常涉及到激光器内部的激光介质的性质以及激光器的结构。
激光介质可以是固体、液体或气体，而激光器的结构可以是Fabry-Perot激光二极管、固体激光器、半导体激光器等。
在激光器中，激光介质受到激励电流或其他外部刺激，导致介质中的电子或原子处于激发态。
当这些激发态的电子或原子回到基态时，会释放出光子，形成激光。
激光的频率取决于激发态和基态之间的能级差。
对于脉冲激光发射器，频率的设置涉及到脉冲激光的重复频率。
这可以通过控制激光器内部的脉冲发生器来实现，例如使用电子元件或光学元件来生成特定频率的脉冲。
需要注意的是，具体的设置频率原理可能因不同的激光器类型而异。
不同的激光器可能采用不同的原理和技术来实现频率的控制。
因此，在了解特定激光器的原理和设计之后，才能更准确地了解其频率设置的原理。
利用薄原子汽室对CPT原子钟激光器的稳频
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佳 木 斯 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ）
２１ ０ １年
饱和吸收法的基本原理是： 激光束通过分光板 分成较强的泵浦光束 和较弱 的探测 光束 ，以及参 考光束 ， 前两光束通过反射镜反 向并交叉入射 于 ＇ ． 充有气体的吸收室． 调谐激光频率 ， ∞ ≠ ∞ （ 当 。 原 子吸收中心频率 ） ， 时 由于多普勒效应 ， 两束光分 别被运动速度方向相反的两群原子所吸收． 当 ＝ 时， 两束光同时和速度分量为零 （ 相对激光束方 向 ）的～群原 子相互 作用 ， 子被 强泵 浦 光束激 励 原 达到饱 和状态 ， 即吸 收原子 几乎 全部被 泵浦 光束激 励到 高能态去 ， 探测光 束几 乎没 有被 原子 吸收就通 过了气体吸收室 ， 因此在探测光强度 ， ２ 和频率 ∞的 关系 曲线上 ， ∞ 处 出现 了尖 峰效应 ， 除了多普 在 。 消 勒加 宽的影 响 ， 使尖 峰 的宽 度 变 的十 分 狭 窄 ， 大 大 提高 了激光 的频率稳 定度．
Ｏ 引 言
原子钟在高速数字通信 中起着使通信网络 同 步的重要作用． 随着通信器件便 携性的逐渐提高、 数据传输速率的逐渐增加和对通信安全与抗干扰
能力 日益 苛刻 的要 求 ， 原子 钟在 稳定 性和灵 活性 上
１ 饱 和 吸收 稳 频 的基 本 原 理
饱 和 吸收稳 频法 是最 常用 的 、 稳频精 度也是 比 较高 的一种 方 法 ． 和 吸 收光 谱 技术 最早 是 在 饱 七十年 代 由 Ｔ ．Ｗ．Ｈａｓ 究 组 在研究 碱 金 属原 ｎｈ研 子Ｄ ２线 的 吸收光谱 时 提 出并 实 现 的 Ｊ饱 和吸 收 ， 光谱 可 以得 到 非 常 窄 （ 十 ＭＨｚ 的 吸收 峰 ， 几 ） 因而 可以得到更高的鉴频斜率 ， 从而提高稳频激光器的
光的干涉实验如何设计？
光的干涉实验如何设计？在物理学的领域中，光的干涉实验是一个非常重要且有趣的实验。
通过这个实验，我们能够直观地观察到光的波动性，深入理解光的本质。
那么，如何设计一个光的干涉实验呢？接下来，让我们逐步探讨。
首先，我们需要明确实验的目的。
光的干涉实验主要是为了验证光的波动性，并观察干涉条纹的形成和特点。
基于这个目的，我们可以选择一些常见的实验方法，比如杨氏双缝干涉实验、薄膜干涉实验等。
在准备实验器材时，要根据所选的实验方法来确定。
以杨氏双缝干涉实验为例，我们需要一个光源，比如激光笔，因为激光具有良好的单色性和方向性，能够提供稳定且清晰的干涉条纹。
此外，还需要一块带有两条狭缝的遮光板，狭缝的宽度和间距要适当，以保证能够观察到明显的干涉现象。
另外，还需要一个白色的光屏来接收干涉条纹。
实验环境也非常重要。
为了减少外界光线的干扰，实验最好在一个较暗的房间中进行。
同时，要确保实验台的稳定性，避免在实验过程中因震动等因素影响实验结果。
在进行实验操作时，第一步是将激光笔固定在合适的位置，使其发出的光束能够平行地照射在带有双缝的遮光板上。
调整遮光板的位置，使得通过双缝的光能够在光屏上形成清晰的条纹。
在这个过程中，需要耐心地微调各个部件的位置，以获得最佳的实验效果。
接下来，仔细观察光屏上的干涉条纹。
我们会发现，光屏上出现了明暗相间的条纹，这就是光的干涉现象。
这些条纹的间距和亮度与光的波长、双缝的间距以及光屏到双缝的距离等因素有关。
在分析实验结果时，我们可以根据干涉条纹的间距和亮度来计算光的波长等相关物理量。
例如，根据杨氏双缝干涉实验的公式：条纹间距Δx ＝λL/d，其中λ 是光的波长，L 是光屏到双缝的距离，d 是双缝的间距。
通过测量条纹间距、光屏到双缝的距离以及双缝的间距，就可以计算出光的波长。
薄膜干涉实验也是一种常见的光的干涉实验方法。
在这个实验中，我们可以利用一块透明的薄膜，比如肥皂膜或者油膜。
当一束光照射在薄膜上时，一部分光会在薄膜的上表面反射，另一部分光会穿过薄膜在下表面反射，这两束反射光相遇时就会产生干涉现象。
中子反射谱仪控制系统的设计与实现
块 ， 为粗 调 和精 调 两 部 分 。样 品 粗 调是 调整 分 实验 样 品姿 态使其 表 面与 中子 束流平 行 。 中子 束 在通 过 硅 片 基底 时损 失 很 小 ， 因此 当计 数器 测 量 值 出现 最 小 值 时 样 品 表 面与 中子 束 流 平 行 。该过 程 通 过 对 样 品 ｚ方 向 、ｉ 方 向 和 ｅｉ ｔｔ ｌ ｈ 方 向三个 维 度 的交 替 扫描 实现 。考虑 到 中子束 具 有 一定 宽 度 ， 因此 需要 继续 进 行样 品精调 ， 即 将 系统 运 动 至 反射 模 式 ， 次 对样 品 台的三 个 再 维度 进 行 多 次 交替 扫 描 ， 找计 数 器 出 现 的最 寻 大值 点 ， 时中子束 流 的 中心通 过样 品表 面 。 此 至此 ， 样 品调 试 步 骤 结 束 。 系统 记 录样 单
中 国 分 类 号 ： Ｔ １ Ｌ８７＋． ３ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ５ －９ ４ ２ １ ）４０ ３ －４ ２ ８０ ３ （ ０ １ ０ －４ ６０
中子 反射 技术是 研究 物质 表面 和界 面结 构
和特性 的一项重 要技 术 ， 被广泛 应用 于多层 膜 、
器升降、 旋转、 倾斜 、 平移的四维运动 。其 中， 单 色 器 的倾 斜 运 动 改 变 中子束 的入 射 角 度 ， 制 控
散 射矢 量 Ｑ值 的变 化 ， 度要 求较 高 。 精 （） ２ 控制 人射 端 、 出射 端 、 飞行 管 以 及 主 升 降 台 的联 动 ， 保 路 径 变化 的 中子 能 够沿 飞行 确 管运 动 。 （ ） 制 狭 缝 的开 合 和升 降 ， 而 控 制 中 ３控 进 子 束 的分 散度 。 （） ４ 控制 样 品 台 的 升 降 、 ｘ轴 转 动 的 角 绕 度 ｃｉ绕 Ｙ轴 转 动 的角度 ｔｔ ｈ、 ｉ 和沿 Ｙ轴 方 向 的 ｌ
一种高频率输出的无死区冷原子干涉仪[发明专利]
![一种高频率输出的无死区冷原子干涉仪[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/69cfff01856a561253d36fd5.png)
专利名称：一种高频率输出的无死区冷原子干涉仪专利类型：发明专利
发明人：陈福胜,毛海岑,程俊,邓敏,姚辉彬,郭强,周超申请号：CN201811518260.2
申请日：20181212
公开号：CN109631751A
公开日：
20190416
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请公开了一种高频率输出的无死区冷原子干涉仪，该干涉仪包括：三维磁光阱；第一组分光器与原子束路径成预定夹角，第一组光阑设置于第一组分光器的边缘、原子束路径的下游，第一组光阑对第一组分光器所分出激光进行遮挡，第二组分光器与第一组分光器正交设置，第二组光阑设置于第二组分光器的边缘、原子束路径的下游，第二组光阑对第二组分光器所分出激光进行遮挡，第三组分光器与第二组分光器和第三组分光器正交设置，第三组光阑设置于第三组分光器的边缘、原子束路径的下游，第三组光阑对第三组分光器所分出激光进行遮挡。
通过本申请中的技术方案，减小了等待冷原子团飞出陷俘区域的时间，实现了冷原子干涉仪的无死区测量。
申请人：中国船舶重工集团公司第七一七研究所
地址：430223 湖北省武汉市江夏区阳光大道717号
国籍：CN
代理机构：北京律谱知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：黄云铎
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一种用于冷原子干涉仪的冷却光装调系统及方法[发明专利]
![一种用于冷原子干涉仪的冷却光装调系统及方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/301f997d302b3169a45177232f60ddccda38e6bd.png)
专利名称：一种用于冷原子干涉仪的冷却光装调系统及方法专利类型：发明专利
发明人：陈福胜,宋宏伟,刘夏鸣,王栋添,沈楚洋
申请号：CN202111546747.3
申请日：20211217
公开号：CN113934013B
公开日：
20220301
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种用于冷原子干涉仪的冷却光装调系统和方法，该系统包括冷却光输入模块、磁光阱真空腔、冷却光收集模块和计算机；冷却光输入模块包括激光输入耦合器、激光分束器、激光功率计和光束准直器，激光分束器包括输入端口和输出端口，激光输入耦合器和激光分束器分别连接于两个输入端口，光束准直器的输入端连接于输出端口；磁光阱真空腔具有三个通光窗口组，每一个通光窗口组具有两个相对设置的通光窗口，一个通光窗口连接有一个光束准直器的输出端；另一个通光窗口安装冷却光收集模块；冷却光收集模块包括反射镜、光电探测器和信号采集模块，信号采集模块与光电探测器电连接，其显著提高了冷却光的装调精度和效率。
申请人：华中光电技术研究所(中国船舶重工集团公司第七一七研究所)
地址：430000 湖北省武汉市洪山区雄楚大街981号
国籍：CN
代理机构：武汉蓝宝石专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：范三霞
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原子干涉陀螺仪
• 原子的运动速度远比光速要慢， 这样在相同干涉环路面积的情 况下，原子干涉有更大的路程 （光程）差：
2A 2 A L v c
• Ω 为角速度，A为Sagnac面积
原子陀螺仪的优势
• 测量精度高
• 分辨率最高
• 灵敏度高
• 原子陀螺仪是目前分辨率 最高的陀螺仪
原子陀螺仪的优势
• 测量精度高
• 进一步实现陀螺仪的集成化和微型化
谢谢欣赏
原子干涉陀螺仪原理
原子干涉陀螺仪原理
• 微扰理论和路径积分近似 可以将原子干涉仪中两路 的相位差表示为： 1 Ldt h • L 为拉格朗日的微扰量， 在惯性坐标系中：
L m (r v)
原子干涉陀螺仪原理
• 相位移的路径积分公式有：
•
m m r vdt r dr h h
A r dr 2 m A h
从相位移公式可以看出, 相比于光学Sagnac 效 应干涉仪, 原子干涉仪 Sagnac相位移会提高 10 个数量级
• 设干涉仪闭合区域面积为A，则：
冷原子干涉陀螺仪的实现
• 原子冷却与囚禁
• 原子干涉——三拉曼脉冲陀螺、四拉曼脉冲陀螺
• 真空系统 • 原子探测
冷原子干涉陀螺仪的实现
• 原子探测
• 原子的干涉信号不能通过传 感器直接记录，而是收集激 光与原子作用的共振荧光， 间接探测原子数目：
16Ps L2 1 s 4 2 2 N 2 d hw0 s 2
原子干涉陀螺仪进展和展望
• 法国巴黎天文台冷原子惯 性测量装置 • 对加速度的测量精度： 5.5×10-7（m/s2)/Hz0.5 • 对角速率的测量精度： 2.4×10-7（rad/s)Hz0.5
光谱是光的频率成份和强度分布的关系图
摄谱仪的特点与应用： 优点：灵敏度高，可同时记录同一时间光源的能谱分布。 应用：例如：氦-氖激光管内杂质气体的分析 感光底片\曝光\显影\定影 本身摄谱仪基本参数的测量.
比较光谱：铁光谱等 比长仪， 光谱投影仪
单色仪 棱镜单色仪：透射式棱镜单色仪,反射式棱镜单色仪. (指准直透镜和会聚物镜) 入\出射缝,光强定量。定标与定标曲线。 单色仪的几种主要光路： 光栅：平面光栅和凹面光栅。
EBTsin2BT(d)2
f
B:均匀照 ,T仪 度器透.d 射 :物 率镜通光 .
4.光谱透射特性: 1.元件透射率.2.透镜有效截面积3.元件角色散 率.4.狭缝高度与焦距比值. 5.最佳缝宽（临界缝宽）
dmin D
f
f,D是准直透镜的焦距与直径。
一.摄谱仪
以仪器色散（线）分类：
小型摄谱仪：2-10nm/mm
900nm. • 光路图
软件的操作与功能:
• 选择接收器.光电倍增管,CCD • 参数设置/高级/系统/数据: • 工作方式:单程扫描,重复扫描,定波长扫描,
浓度测量. • 数据处理;定标(逐段定标);能量;寻峰;等.
实验注意事项
• 一.先开机,再开计算机程序. • 二.高压与增益及最大值关系与调节. • 三.光源位置.光缝固定与调节. • 四.重复性与精度. • 五.氢氘光谱测量.
光栅光谱仪： 光电探测器:硅光电池,光电二极管,光电三 极管光电管,光电倍增管,CCD.
平面光栅：平板玻璃上蒸镀上铝或其它高反射的金属， 镀层上刻上锯齿形槽。 一般1200条/mm2400条/mm,3600条/mm. 细槽：理想平直、严格平行、等间隔、严格等同形状。 偏差：鬼线 普通光栅、闪耀光栅（相位光栅） 光强主极大移到了一级。
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原子干涉仪中激光频率和光强控制系统的设计胡朝晖;杨婷;亓鲁【摘要】为了对铯原子外态干涉仪的激光束精密控制，设计了一套适用于多种需求的激光频率和光强控制系统。
该系统基于声光调制器，并集成了激光移频、光强稳定和光强调制等功能。
首先，根据原子干涉仪的原理，提出对激光的要求和指标。
接着，按照提出的要求设计了集成锁相频率合成器等硬件电路系统和LabVIEW软件控制系统。
最后，对所开发的系统进行了实验测试。
实验结果表明：系统的移频范围可控制在100～200 MHz；光强稳定性好，采用稳光系统后输出光强的波动减小为2％。
设计的这套系统功能齐全，可靠有效，实现预期目标，满足原子干涉仪对光学系统的要求。
另外此系统还可以应用到其他需要系统中，比如原子钟、原子干涉重力梯度仪等。
%In order to control laser beams precisely in a caesium atom interferometer,a laser frequency and power con-trol system which is suitable for various demands is designed. Based on an acousto-optical modulator,the system in-tegrates the functions of frequencyshift,power stabilization and modulation. Firstly,based on the principle of the at-om interferometer,the requirement of the optical part in the system is proposed. Secondly,the hardware circuit sys-tem including a phase-locked loop frequency synthesizer and the LabVIEW software control system are designed. Fi-nally,the developed system is tested. The experimental results show that the frequency shift range of the laser beam through the acousto-optical modulator is 100~200MHz;and the power fluctuation of the laser decrease to 2% using the power stabilization system. The designed system has multi-functions,achieves the desired aimsand satisfies the requirements of atom transition,matter wave interference and other processes to laser beams. In addition,the de-signed system could be applied to other systems which need to adjust and control laser beam precisely,such as atomic clock,atom interferometer gravity gradiometer and so on.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】5页(P614-618)【关键词】声光调制器;原子干涉;频率合成器;频率偏移;光强控制【作者】胡朝晖;杨婷;亓鲁【作者单位】北京航空航天大学惯性技术重点实验室，北京 100191; 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室，北京 100191;北京航空航天大学惯性技术重点实验室，北京 100191; 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室，北京 100191;北京航空航天大学惯性技术重点实验室，北京 100191; 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室，北京 100191【正文语种】中文【中图分类】TP212.11 引言由于和中子、光子一样具有波粒二象性，原子可以实现类似光学干涉仪的原子干涉仪。
原子干涉仪是用一冷原子束以两个不同的拓扑路径传播，构成类似光学Mach-Zehnder型干涉仪，测量由于两原子束通过不同路径引起的相位差。
1991年由斯坦福大学Steven Chu等人首次实现脉冲式原子干涉仪以来，原子干涉仪在牛顿引力常数、角速度测量等领域就以其超高的理论灵敏度得到了广泛高度关注，并在近几年得到迅猛发展。
2000年，耶鲁大学T.L.Guatavson等人采用相向传播的两束原子进行角速度测量;2006年，法国B.Canuel等人利用冷原子团对抛研制了6轴惯性敏感器，实现多个惯性参数的测量。
原子干涉仪中一个重要部分是激光冷却原子，其基本原理为:行进中的原子被相向的激光照射，激光频率和原子振频一致，原子就会吸收迎面而来的光子受激跃迁到高能态，因而动量减小。
原子处在高能态后又会向各个方向发射光子，因此，原子的动量减小，速度减小。
其中，原子所处的态取决于以下参数:激光能量、相互作用时间和激光频率。
另外在相互作用后，不同能级上的原子数目取决于激光相位。
另外一个基础是激光操控原子，即用一定的激光光束照射原子，使得原子团发生分裂、偏转、汇合。
综上所述，激光对于原子干涉仪非常重要。
对于激光的控制，主要包括对频率、相位及光强的控制。
本文设计的系统主要是实现激光移频、光强稳定及调制的功能。
对于激光移频，目前广泛使用电光调制器和声光调制器等移频器件实现，方法主要有锁相环技术和直接频率合成技术两大类［1－2］。
锁相环技术相位噪声低，杂散小，在频率分辨力要求不高及设计成本方面考虑，在本系统中采用锁相环进行移频。
对于激光光强控制，一般方法采用两个AOM［3］，一个稳定激光光强，一个光强调制。
但是这种系统中器件排布必须满足一定光程，造成光学布局庞大。
另外一种方法是使用一个声光调制器［4］，这种方法对于第一种方法光程短、易调节，更方便使用。
根据原子干涉仪对激光的要求，研究原子能级跃迁量化参数和干涉仪工作过程及原理，基于声光调制器［5－10］设计了一套激光频率和光强控制系统，该系统实现的功能有激光移频、光强稳定和调制，同时还可以实现光束通断的控制。
为了提高系统中锁相环路的性能，设计了集成锁相频率合成器。
实验证明，设计的激光频率和光强控制系统能够实现各个预期功能，并具有稳定性好、速度快等优点。
2 激光频率和光强控制系统的理论分析2.1 原子能级及原子干涉仪原理原子干涉仪中原子的能级结构决定了激光的主要参数，因此首先分析原子特性。
系统中选用133Cs原子，其基态的主量子数n=6，轨道角动量量子数l=0，用62S1/2表示，其中S表示l=0，上角标“2”表示该态为一个双重态，下角标“1/2”为总角动量量子数。
两个最低激发态是62P1/2、62P3/2(P表示l=1)。
从基态到这两个激发态的跃迁分别称作D1线和D2线。
我们采用D2线作为基准激光的频率，其能级结构如图1所示。
图1 133Cs原子D2线能级结构示意图D2线对应的基态62S1/2有两个超精细能级F=3和F=4，分别对应不同的原子自旋态，这里F=I+J代表原子体系总角动量量子数，I表示核自旋角动量量子数，J 表示价电子总角动量量子数。
每一条超精细能级在磁场作用下被分成(2F+1)条塞曼子能级〉。
因为和对磁场不敏感，因此在原子干涉实验中作为基准能级。
62P3/2激发态包含 4 级:F'=2，F'=3，F'=4，F'=5，这些能级是准备到达的激发态。
当与角动量选择规则结合时，会形成闭环循环跃迁，进而更加有效地冷却和捕获原子。
从基态F=4跃迁到激发态F'=5的频率作为冷却133Cs原子的冷却光，而为了使该光束能更准确的与原子作用，需要光束的频率有一定的偏移，如图1中Δ标识的偏移。
根据选择定则，在此过程中处在激发态的原子有一定概率自发辐射落到基态F=3上，这样冷却光无法与该基态的原子继续发生作用，无法完成循环跃迁，因此需要同时提供再泵浦光，将落在F=3的原子激发到激发态上，使得原子进入循环跃迁中。
原子干涉仪在将原子冷却捕获之后，要利用磁导引技术将冷原子团装载导引完成后进行干涉。
装载磁导引过程中，光抽运的冷却光、再泵浦光和冷却捕获过程中冷却光、再泵浦光的原理类似，跃迁过程如图1中所示，分别是从F=3跃迁到F'=3，从F=4跃迁到F'=4上。
当冷原子制备成功后，下一步进行原子干涉。
本系统采用原子Talbot-Lau效应，利用两束相向的激光束形成驻波场。
原子团首次经过驻波场之后分成相干子波，再次经过时，这些子波产生干涉，并在一定的Talbot距离处自成像，获得干涉条纹。
再利用布拉格背向散射检测等方法［9－14］检测幅值和相位信息。
由此可见，在原子干涉仪中需要多种频率的激光，为此需在一个或两个激光器基础上，通过移频实现。
本系统中选用两个激光器，其频率分别为图1中的激光稳频1和激光稳频2。
从F=4和F=3跃迁的频率分别由激光稳频1和激光稳频2产生。
激光稳频1所需的移频值是114 MHz和125 MHz，激光稳频2所需的移频值是200 MHz和201.5 MHz。
所以整个系统中移频器件所需调节范围是114～201.5 MHz。
除移频之外，系统还要求移频的稳定性、再泵浦等光束光强的稳定性和可调节性、磁光阱和驻波脉冲等阶段激光的快速通断等功能。
为此本文所设计的激光频率和光强控制系统需实现上述功能，并满足上述移频等指标。
2.2 声光调制器频率和光强控制原理在对激光进行调节和控制的器件中，声光调制器(AOM)是广泛使用的器件之一。
由于AOM具驱动功率小、热稳定性高及易于控制，使其在原子光学领域被广泛采用。
当波长为λ的一束激光以布拉格角θB入射到AOM上并且AOM自身产生的超声波波长Λ和介质中声光作用长度L满足:就会发生布拉格衍射，从而实现对入射光频率、方向和振幅的调制。
式中，Q为声光失配度;n为介质的折射率。
θB以及入射光与衍射光的0级光、1级光和超声波的频率 fi，f0，f1，fs满足下式:由此可见，AOM可通过超声波的频率对入射光的频率进行调制，形成1级衍射光的频率。