集成冷原子双能级探测装置

摘要

一种集成冷原子双能级探测装置，该装置由真空探测区、探测光源组件、重泵浦光源组件和两个荧光收集组件构成，本发明集激光扩束准直系统、荧光收集系统、光强实时监测于一体，使用定制的梯形棱镜对光束的方向进行控制，实现了小型化、高稳定、高可靠的集成冷原子双能级探测装置，可在冷原子钟上实现原子的双能级探测。

主权项

一种集成冷原子双能级探测装置，该装置由真空探测区(1)、探测光源组件(2)、重泵浦光源组件(3)和两个荧光收集组件(4)构成，所述的真空探测区(1)是四个侧面分别具有光学窗口的一个立方体的密封空间，四个侧面分别称为A面、B面、C面、D面，四个侧面上的光窗分别称为A光窗、B光窗、C光窗、D光窗；其特征在于：所述的探测光源组件(2)成“ㄣ”型，在该探测光源组件(2)的左上部分包括探测光源组件安装面(14)、第一矩形开口(10)、第三矩形开口(13)、第二矩形开口(12)和平面反射镜(11)，所述的第一矩形开口(10)、第三矩形开口(13)和第二矩形开口(12)是自下而上的位于同一平面的三个平行的通光口，该平面与所述的探测光源组件安装面(14)平行，在第一矩形开口(10)上安装λ/4波片，所述的平面反射镜(11)紧贴在第二矩形开口(12)和第三矩形开口(13)的右面并与所述的探测光源组件安装面(14)平行，所述的探测光源组件(2)的右下部分包括第一光纤底座(5)、第一平凹透镜(6)、第一非球面镜(7)、第一偏振分束器(8)和第一光强检测装置(9)，所述的第一矩形开口(10)的中心、第一偏振分束器(8)的中心、第一光强检测装置(9)的中心自左至右依次位于第一轴线上，该第一轴线与所属的探测光源组件安装面(14)垂直，所述的第一偏振分束器(8)、第一非球面镜(7)、第一平凹透镜(6)和第一光纤底座(5)自上而下同光轴，该光轴与所述的第一轴线垂直；所述的重泵浦光源组件(3)成型，在该探测光源组件(3)的左半部分包括重泵浦光源组件安装面(24)、第四矩形开口(21)、第六矩形开口(22)、第五矩形开口(23)和梯形棱镜(20)，所述的第四矩形开口(21)、第六矩形开口(22)和第五矩形开口(23)是自下而上的位于同一平面的三个平行的通光口，该平面与所述的重泵浦光源组件安装面(24)平行，在第四矩形开口(21)和第五矩形开口(23)上安装λ/4波片，所述的梯形棱镜(20)是一块具有两个反射的45°等腰面和两个透射的上下底面的棱镜，所述的梯形棱镜(20)的下底面紧贴在所述的第四矩形开口(21)、第六矩形开口(22)和第五矩形开口(23)的右面并与所述的重泵浦光源组件安装面(24)平行，所述的重泵浦光源组件(3)的右下部分包括第二光纤底座(15)、第二平凹透镜(16)、第二非球面镜(17)、第二偏振分束器(18)和第二光强检测装置(19)，所述的第六矩形开孔(22)的中心、梯形棱镜(20)的下底面的中心与上底面的中心、第二偏振分束器(18)的中心和第二光强检测装置(19)的中心自左向右依次位于第二轴线上，该第二轴线与所述的重泵浦光源组件安装面(24)垂直，所述的第二偏振分束器(18)、第二非球面镜(17)、第二平凹透镜(16)和第二光纤底座(15)同光轴，该光轴与所述的第二轴线垂直；所述的两个荧光收集组件(4)具有相同结构，镜筒结构，从圆形通光开口(25)后依次安装了平凸透镜(26)、第三非球面透镜(27)和光电管(28)，所述的平凸透镜(26)和第三非球面透镜(27)同光轴，圆形通光开口(25)的中心及光电管(28)的中心依次位于该光轴，该光轴与荧光收集组件(4)的安装面垂直；所述的探测光源组件(2)和重泵浦光源组件(3)分别安装在所述的A面和C面，所述的探测光源组件(2)的第一矩形开口(10)对准所述的A光窗、C光窗和所述的重泵浦光源组件(3)的第四矩形开口(21)，所述的探测光源组件(2)的第二矩形开口(12)对准所述的C光窗、A光窗和所述的重泵浦光源组件(3)的第五矩形开口(23)，所述的探测光源组件(2)的第三矩形开口(13)对准所述的A光窗、C光窗以及所述的重泵浦光源组件(3)的第六矩形开口(22)，所述的两个荧光收集组件(4)分别安装在B面和D面，所述的两个荧光收集组件(4)的荧光收集窗口分别对准所述的B光窗的下半部分和D光窗的上半部分；满足下列光路连接关系：探测激光由所述的探测光源组件(2)的第一光纤底座(5)输入，经所述的第一平凹透镜(6)和第一非球面透镜(7)扩束准直后至第一偏振分束器(8)，该第一偏振分束器(8)将所述的探测激光分为反射光和透射光，所述的反射光经第一矩形开口(10)中的λ/4波片、A光窗、C光窗，进入所述的重泵浦光源组件(3)，依次通过第四矩形开口(21)中的λ/4波片、梯形棱镜(20)，经该梯形棱镜(20)反射后经所述的第五矩形开口(23)中的λ/4波片、C光窗、A光窗、再进入所述的探测光源组件(2)，经第二矩形开孔(12)后垂直入射所述的平面反射镜(11)，经该平面反射镜(11)0°反射沿原光路返回至第一偏振分束器(8)，返回的光将被分为反射光和透射光，透射光到达第一光强检测装置(9)，在所述的探测光源组件(2)的第一矩形开口(10)与所述的重泵浦光源组件(3)的第四矩形开口(21)之间形成第一个探测光驻波场，在所述的探测光源组件(2)的第二矩形开口(12)与所述的重泵浦光源组件(3)的第五矩形开口(23)之间形成第二个探测光驻波场，利用第五矩形开口(23)下边沿遮挡一部分探测激光，这部分探测激光将无法到达平面反射镜(11)，从而在第一个探测光驻波场上方形成探测光行波场；重泵浦激光由所述的重泵浦光源组件(3)的第二光纤底座(15)输入，经第二平凹透镜(16)和第二非球面透镜(17)扩束准直后至第二偏振分束器(18)，该第二偏振分束器(18)将所述的重泵浦激光分为反射光和透射光，所述的反射光经过梯形棱镜(20)、第六矩形开孔(22)、C光窗、A光窗，进入所述的探测光源组件(2)，通过第三矩形开孔(13)，垂直入射平面反射镜(11)，经该平面反射镜(11)0°反射，重泵浦激光沿上述路径原路返回至第二偏振分束器(18)，返回的光将被分为反射光和透射光，透射光到达光强检测装置(19)，重泵浦激光在所述的探测光源组件(2)的第三矩形开口(13)与所述的重泵浦光源组件(3)的第六矩形开口(22)之间形成一个重泵浦激光驻波场；冷原子通过探测激光驻波场时产生的荧光向四周辐射，一部分荧光通过光窗和所述的荧光收集组件(4)上的圆形通光开口(25)，经所述的平凸透镜(26)与第三非球面透镜(27)组成的光学系统由所述的光电管(28)探测。