空间冷原子钟新型光源设计

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激光器是冷原子钟的重要组成部分,为空间冷原子钟的激光冷却、原子布局数探测等工作步骤提供必要的光源。本论文介绍了一种新型的基于倍频的激光光源方案,能更加容易地解决空间冷原子钟对激光功率、线宽和环境适应性的要求,该论文同时研究了环境磁场变化对激光稳频饱和吸收光谱的影响。  论文的第一部分,介绍了全光纤的倍频激光光源方案,该方案是通过PPLN波导晶体模块倍频得到780 nm激光,由于使用的是全光纤光路,光学系统可以更紧凑和牢固。作为实验的准备,在理论上计算了倍频光路中各个参数,重点介绍了倍频,通过有限元仿真的方式对晶体的热效应进行了研究,仿真结果表明,当采用合适的晶体尺寸时,会降低热效应带来的影响,该结果对以后激光光源的实验有指导意义。  饱和吸收是稳频的基础,其光路也是冷钟中激光光源的一个重要部分,本文详细研究了不同泵浦光与探测光功率比值对饱和吸收光谱的影响,同时还观察了分别用PBS的透射光和反射光作为泵浦光时,对饱和吸收的影响。结果表明,透射光作为泵浦光时,饱和吸收现象要优于使用反射光的情况,光配比在1∶0.04附近,会有比较好的饱和吸收线型。  此外研究了在弱磁场下,不同偏振的泵浦光和探测光作用时,饱和吸收光谱的变化。发现当探测光为圆偏振光时,在平行于光传播方向的磁场作用下,交叉峰会随着磁场的增强而减弱,与此同时,Fg=2到Fe=3的共振峰附近出现一个增强吸收峰;当探测光和泵浦光为线偏振光,磁场平行于光传播方向时,在磁场大小为0.9-1 mT时,Fg=2到Fe=3的共振峰达到最大。  通过本文的研究,得到了一种新型的激光器,能够满足其在空间应用方面的需求。同时,饱和吸收的相关实验结果对激光器的稳频有一定的指导意义。
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