基于铷原子谱线的激光器锁定控制系统研究与实现
本文关键词:基于铷原子谱线的激光器锁定控制系统研究与实现 出处:《武汉理工大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文
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【摘要】:激光自从诞生以来,广泛应用于人类生活的各个领域,在工业、医疗、军事等领域都发挥着重要的作用。尤其在科研领域中,激光作为原子光学、量子光学中激发跃迁现象的基础,激光性能的优劣具有重大意义,例如原子频标及光泵磁力仪的工作都依赖于激光的对原子的激发,所以目前对于激光光频稳定性的要求也越来越高,而本文真是针对激光光频稳定展开研究。本文的主要研究工作是基于铷原子谱线的激光器锁定系统的研究与设计,实现光频锁定的功能。本文所研制的系统主要应用于需要激光光频稳定的场景中,不仅可以应用于CPT铷原子钟,还可以应用于铷光泵磁力仪等项目。用于激发铷原子产生跃迁现象的激光光频是否稳定和精确,决定着整个系统最后的性能,具有重要的科研价值和应用意义。本文首先对课题来源和研究目的意义进行了介绍;然后对激光稳频技术的研究现状进行了介绍,并将其与CPT铷原子钟相结合,分析了本文所研制的激光器锁定控制系统所需要实现的功能要求;接下来针对系统中的光路系统进行了分析与设计,根据相干布居囚禁现象对于激发光源的具体要求进行了光源、光路以及光电检测模块的设计;通过对铷原子光谱饱和吸收法的研究分析,利用VCSEL出射波长与铷原子吸收线型的关系来设计锁频回路以及对误差信号的解调方法,完成整体光频稳定电路的设计及制作。由于温度控制对于光频的稳定性也有较大的影响,我们同时利用TEC半导体制冷器与PID电路相结合的方式完成温控电路的设计与制作。经过测试,相关指标都达到了预期,良好完成光频锁定的功能。最后对本文的研究工作以及在研究过程中积累的经验和心得进行了总结,并根据目前的研究成果对后续工作及优化改进的方向进行了展望。本论文重点研究的光频稳定电路是CPT铷原子钟、铷光泵磁力仪等项目中的重要模块,直接决定着它们的性能优劣。本文为后续CPT铷原子钟和铷光泵磁力仪的整体样机系统的研制提供了坚实的基础。
[Abstract]:Laser has been widely used in various fields of human life since its birth, and plays an important role in industry, medical treatment, military and other fields, especially in the field of scientific research, laser as atomic optics. The basis of excitation transition phenomenon in quantum optics, laser performance is of great significance. For example, the work of atomic frequency standard and optical pump magnetometer all depend on the laser excitation to the atom. Therefore, the requirements for the stability of laser optical frequency are becoming higher and higher. The main work of this paper is the research and design of laser locking system based on rubidium atomic line. The system developed in this paper is mainly used in the scene where laser optical frequency stability is needed, not only in CPT rubidium atomic clock. It can also be used in rubidium optical pump magnetometer and other projects. The stability and accuracy of laser optical frequency which is used to excite the transition phenomenon of rubidium atom determines the final performance of the whole system. It has important scientific research value and application significance. Firstly, this paper introduces the source of the subject and the significance of the research purpose. Then the research status of laser frequency stabilization technology is introduced, and combined with CPT rubidium atomic clock, the functional requirements of the laser locking control system developed in this paper are analyzed. Then the optical path system in the system is analyzed and designed. According to the specific requirements of coherent population trapping, the light source, optical path and photoelectric detection module are designed. Through the research and analysis of rubidium atomic spectrum saturation absorption method, the relationship between the VCSEL emission wavelength and the rubidium atomic absorption line is used to design the frequency locking loop and the demodulation method of the error signal. Complete the design and fabrication of the whole optical frequency stabilization circuit. Because the temperature control also has the big influence to the optical frequency stability. At the same time, we use the TEC semiconductor cooler and PID circuit to complete the design and fabrication of the temperature control circuit. The function of optical frequency locking is well completed. Finally, the research work, the experience and experience accumulated in the research process are summarized. According to the current research results, the future work and the direction of optimization and improvement are prospected. In this paper, the optical frequency stabilization circuit is an important module of CPT rubidium atomic clock, rubidium optical pump magnetometer and so on. This paper provides a solid foundation for the development of the whole prototype system of CPT rubidium atomic clock and rubidium optical pump magnetometer.
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN248
【参考文献】
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,本文编号:1437429
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