本發(fā)明涉及光極化技術領域，具體地涉及可用于銣原子光極化的高精度光功率穩(wěn)定裝置及其使用方法。

背景技術：

光極化利用激光與原子相互作用，實現(xiàn)角動量由光子到工作物質原子的轉移，是一種產生極化原子的技術手段。光極化技術在授時、磁力儀、量子光學、導航和醫(yī)學等領域中都得到廣泛的應用。

銣原子最外層只有一個電子，因此其電子自旋容易直接被激光進行驅動、檢測等操控，被廣泛應用在原子磁力儀、原子鐘、原子陀螺儀等領域。在銣原子光極化過程中，銣原子通過吸收諧振于特定躍遷(例如銣原子D1躍遷)的圓偏振泵浦激光，實現(xiàn)不同能級上分布的原子數(shù)的重排，最終大部分銣原子聚集在特定的Zeeman子能級上，即實現(xiàn)了銣原子極化。在光極化技術的一般應用中，為了保證極化強度的穩(wěn)定，要求對入射激光功率進行高精度的控制。然而，在普遍使用的商用半導體激光器中，光功率的穩(wěn)定性并不能嚴格保證。

銣原子熔點為38.89℃，在室溫下一般為固態(tài)。隨著溫度升高，銣原子汽化。銣蒸汽的原子數(shù)密度隨溫度升高而增大，且銣蒸汽的原子數(shù)密度越高對光的吸收越強。因此可以通過控制銣蒸汽的溫度實現(xiàn)對透射光強的調控。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種用于銣原子光極化的高精度光功率穩(wěn)定裝置及其使用方法，實現(xiàn)了對泵浦光功率的高精度控制和穩(wěn)定。

本發(fā)明采用的技術方案為：一種用于銣原子光極化的高精度光功率穩(wěn)定裝置，包括激光器1、可調衰減片2、銣原子氣室3、加熱池4、加熱池控制器5、二分之一波片6、偏振分光鏡7、一號光探測器801、二號光探測器802、數(shù)據(jù)采集卡9、計算機10。

所述激光器1出射的線偏振激光經過可調衰減片2和銣原子氣室3后，通過二分之一波片6改變線偏振光軸，再經過偏振分光鏡7后分為兩束，分別照射在一號光探測器801和二號光探測器802上；數(shù)據(jù)采集卡9采集一號光探測器801和二號光探測器802輸出的信號傳遞給計算機10；計算機10通過分析一號光探測器801和二號光探測器802探測得到的光強信號，調整加熱池控制器5輸出的加熱驅動電流，經由加熱池4對銣原子氣室3進行溫度控制，銣原子氣室3由于溫度的改變導致氣室內銣原子蒸汽密度的改變，從而導致吸收的光強發(fā)生變化，最終實現(xiàn)所述高精度光功率穩(wěn)定裝置的輸出光強度進行高精度的調整和穩(wěn)定。

所述的激光器1為銣原子光極化提供光源；所述的可調衰減片2用于初步調整光功率；所述的銣原子氣室3用于吸收透過光；所述的加熱池4用于對銣原子氣室3進行溫度控制；所述的加熱池控制器5為輸出可調的高精密電流源，為加熱池4提供驅動電流；所述的二分之一波片6和偏振分光鏡7用于調節(jié)進入一號光探測器801和二號光探測器802的光功率大?。凰龅臄?shù)據(jù)采集卡9用于采集一號光探測器801和二號光探測器802探測得到的光強信號，輸入計算機10，并將計算機10計算得到的控制信號輸出給加熱池控制器5；所述的計算機10通過分析一號光探測器801和二號光探測器802探測得到的光強信號，調整加熱池控制器5輸出的加熱驅動電流。

本發(fā)明還提供一種上述高精度光功率穩(wěn)定裝置的使用方法，該方法具體包含以下步驟：

步驟一、搭建如上所述高精度光功率穩(wěn)定裝置；

步驟二、所述激光器1出射的線偏振激光經過可調衰減片2和銣原子氣室3后，再經過偏振分光鏡7后分為兩束，分別照射在一號光探測器801和二號光探測器802上；

步驟三、確定照射在一號光探測器801和二號光探測器802的光強比例：加熱池控制器5無輸出，銣原子氣室3處于室溫，通過旋轉二分之一波片6改變線偏振光軸，調節(jié)激光器1輸出激光透過偏振分光鏡7照射在一號光探測器801和二號光探測器802的光強比例；

步驟四、由所述高精度光功率穩(wěn)定裝置期望的輸出光強度，確定一號光探測器801的目標光信號強度：撤掉二號光探測器802，原本照射在二號光探測器802的光為所述高精度光功率穩(wěn)定裝置的輸出光，照射在一號光探測器801的光為所述高精度光功率穩(wěn)定裝置的目標光；根據(jù)所述高精度光功率穩(wěn)定裝置期望的輸出光強度以及步驟三得到的一號光探測器801和二號光探測器802的光強比例，確定一號光探測器801的目標光信號強度；

步驟五、初步調整所述高精度光功率穩(wěn)定裝置的輸出光強度：通過旋轉可調衰減片2使所述高精度光功率穩(wěn)定裝置的輸出光強度略高于期望的輸出光強度，使輸出光強度高出期望的輸出光強度值保持在10mW以內；

步驟六、對所述光功率穩(wěn)定裝置的輸出光強度進行高精度調整和穩(wěn)定：計算機10通過判斷二號光探測器802與目標光信號強度之間的差距，控制加熱池控制器5輸出的加熱驅動電流，從而控制加熱池4改變銣原子氣室3的溫度，銣原子氣室3由于溫度的改變導致氣室內銣原子蒸汽密度的改變，從而導致吸收的光強發(fā)生變化，最終實現(xiàn)所述高精度光功率穩(wěn)定裝置的輸出光強度進行高精度的調整和穩(wěn)定。

本發(fā)明具有以下技術效果：

本發(fā)明通過控制銣原子氣室3的溫度，改變銣原子蒸汽密度，實現(xiàn)對透過氣室光強的高精度調整和穩(wěn)定；本發(fā)明可連續(xù)改變光強的透過率；同時由于本發(fā)明使用的是一種非接觸的控制技術，避免了元件移動帶來的光路擾動。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述用于銣原子光極化的高精度光功率穩(wěn)定裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解本實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等同形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。

參考附圖1，本發(fā)明用于銣原子光極化的高精度光功率穩(wěn)定裝置，包括激光器1、可調衰減片2、銣原子氣室3、加熱池4、加熱池控制器5、二分之一波片6、偏振分光鏡7、一號光探測器801、二號光探測器802、數(shù)據(jù)采集卡9、計算機10。所述激光器1出射的線偏振激光經過可調衰減片2和銣原子氣室3，通過二分之一波片6改變線偏振光軸，經過偏振分光鏡7后分為兩束，分別照射在一號光探測器801和二號光探測器802；數(shù)據(jù)采集卡9采集一號光探測器801和二號光探測器802輸出的信號傳遞給計算機10；計算機10通過分析一號光探測器801和二號光探測器802探測得到的光強信號，調整加熱池控制器5輸出的加熱驅動電流，經由加熱池4對銣原子氣室3進行溫度控制，銣原子氣室3由于溫度的改變導致氣室內銣原子蒸汽密度的改變，從而導致吸收的光強發(fā)生變化，最終實現(xiàn)所述高精度光功率穩(wěn)定裝置的輸出光強度進行高精度的調整和穩(wěn)定。

所述的激光器1為分布反饋半導體激光器，岀射795nm線偏振激光，為銣原子光極化提供光源；

所述的可調衰減片2為連續(xù)可變背側鍍膜衰減片，通過旋轉實現(xiàn)光透過率的連續(xù)線性可調，用于初步調整光功率；

所述的銣原子氣室3為充有過量銣金屬(一般為1g)的密封石英玻璃氣室，用于吸收透過光；

所述的加熱池4通過電流加熱方式實現(xiàn)對銣原子氣室3的溫度控制；

所述的加熱池控制器5為輸出可調的高精密電流源，為加熱池4提供驅動電流；

所述的二分之一波片6通過改變激光的線偏振光軸，用于調節(jié)通過偏振分光鏡7后進入一號光探測器801和二號光探測器802的光功率大??；

所述的數(shù)據(jù)采集卡9用于采集一號光探測器801和二號光探測器802探測得到的光強信號，輸入計算機10，并將計算機10計算得到的控制信號輸出給加熱池控制器5；

所述的計算機10通過比較目標光強與一號光探測器801和二號光探測器802探測得到的光強信號，調整加熱池控制器5輸出的加熱驅動電流。

本發(fā)明提供一種上述高精度光功率穩(wěn)定裝置的使用方法，該方法具體包含以下步驟：

步驟一、搭建如上所述高精度光功率穩(wěn)定裝置；

步驟二、所述激光器1出射的線偏振激光經過可調衰減片2和銣原子氣室3后，再經過偏振分光鏡7后分為兩束，分別照射在一號光探測器801和二號光探測器802上；

步驟三、確定照射在一號光探測器801和二號光探測器802的光強比例：加熱池控制器5無輸出，銣原子氣室3處于室溫，通過旋轉二分之一波片6改變線偏振光軸，調節(jié)激光器1輸出激光透過偏振分光鏡7照射在一號光探測器801和二號光探測器802的光強比例；

步驟四、由確定所述高精度光功率穩(wěn)定裝置期望的輸出光強度確定一號光探測器801的目標光信號強度：撤掉二號光探測器802，原本照射在二號光探測器802的光為所述高精度光功率穩(wěn)定裝置的輸出光，照射在一號光探測器801的光為所述高精度光功率穩(wěn)定裝置的目標光；根據(jù)所述高精度光功率穩(wěn)定裝置期望的輸出光強度以及步驟三得到的一號光探測器801和二號光探測器802的光強比例，確定一號光探測器801的目標光信號強度；

步驟五、初步調整所述高精度光功率穩(wěn)定裝置的輸出光強度：通過旋轉可調衰減片2使所述高精度光功率穩(wěn)定裝置的輸出光強度略高于期望的輸出光強度，使輸出光強度高出期望的輸出光強度值保持在10mW以內；

步驟六、對所述光功率穩(wěn)定裝置的輸出光強度進行高精度調整和穩(wěn)定：計算機10通過判斷二號光探測器802與目標光信號強度之間的差距，控制加熱池控制器5輸出的加熱驅動電流，從而控制加熱池4改變銣原子氣室3的溫度。如果二號光探測器802光信號比目標光信號強，加熱池控制器5輸出的加熱驅動電流增大，銣原子氣室3溫度升高，銣原子數(shù)密度增大，對光的吸收增強，所述光功率穩(wěn)定裝置的輸出光強度降低；如果二號光探測器802光信號比目標光信號弱，加熱池控制器5輸出的加熱驅動電流減小，銣原子氣室3溫度降低，銣原子數(shù)密度減小，對光的吸收減弱，所述光功率穩(wěn)定裝置的輸出光強度增高。最終實現(xiàn)所述光功率穩(wěn)定裝置的輸出光強度進行高精度調整和穩(wěn)定。