一种双光子跃迁原子束荧光收集系统的制作方法

本发明涉及光电子，具体涉及一种双光子跃迁原子束荧光收集系统。

背景技术：

1、基于双光子跃迁的热原子光钟采用原子气室封装的碱金属原子作为频率参考，无需复杂、庞大的激光冷却系统，具有系统简单的特点，具备小型化潜力。

2、为了尽可能提升热原子光钟的稳定度，需要尽可能提高双光子荧光的收集效率。一对同频激光在原子气室中对向共线传播时被原子吸收后产生荧光光子，由于热原子在整个原子气室中分布，因此原子气室中的荧光光子源为与激光共线的线性光源，且长度为原子气室在激光传播方向上的长度。双光子荧光的波长约为420nm，一般采用光电倍增管作为光电转换器件。由于需要收集的荧光光源为线性，且收集荧光采用的光电倍增管面积十分有限，采用单个抛物面镜无法实现高效率的荧光收集。

技术实现思路

1、基于上述表述，本发明提供了一种双光子跃迁原子束荧光收集系统，以解决现有技术中双光子跃迁原子束荧光收集效率低，信噪比较低的技术问题。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

2、一种双光子跃迁原子束荧光收集系统，其包括气室加热装置、准直激光光源、反射镜和荧光收集单元；

3、所述气室加热装置内具有真空腔，所述真空腔内水平设置有原子气室，所述气室加热装置的两端对应所述原子气室的中心轴线分别开有激光入射窗口和激光反射窗口，所述气室加热装置的两侧对应所述原子气室分别开有荧光透射窗口和荧光收集透射窗口；

4、所述准直激光光源和所述反射镜分别对应所述激光入射窗口和激光反射窗口设置，所述准直激光光源和所述激光入射窗口之间设置有起偏器；

5、所述荧光收集单元包括集光镜、平凹柱面镜、平凸柱面镜、滤光镜和光电倍增管，所述集光镜对应所述荧光透射窗口设置于所述原子气室的一侧，所述集光镜为抛物面型的凹面镜，且其焦点位于所述原子气室的中心轴线上，所述集光镜的轴与所述原子气室的中心轴线垂直，所述平凹柱面镜、平凸柱面镜、滤光镜和光电倍增管对应所述荧光收集透射窗口设置于所述原子气室的另一侧，所述平凹柱面镜、平凸柱面镜、滤光镜和光电倍增管沿远离所述原子气室的方向依次分布，所述平凹柱面镜和平凸柱面镜的间距为两者的焦距之差；所述滤光镜为窄带滤光镜，所述光电倍增管用于收集双光子跃迁的原子束荧光。

6、与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

7、本申请提供的双光子跃迁原子束荧光收集系统，准直激光光束经激光入射窗口穿过原子气室后，由激光反射窗口处的反射镜反射后共同作用于原子气室中的原子，形成双光子跃迁，利用面型为抛物面镜的集光镜和柱面镜的合理组合，用抛物面反射镜反射荧光，相对与平面反射镜大为提高了原子束荧光的收集空间角度。再通过柱面镜的合理组合将荧光束收集到感光面积有限的光电倍增管，能够有效增强双光子跃迁的原子束荧光信号的探测，从而提升信噪比。

8、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

9、进一步的，所述起偏器为格兰泰勒棱镜，其偏振分光比为100000:1。

10、进一步的，所述气室加热装置采用无磁加热膜对所述原子气室加热。

11、进一步的，所述原子气室内安装有圆柱形的原子玻璃泡，所述原子玻璃泡内具有工作原子并填充有缓冲气体。

12、进一步的，准直激光光源发射的准直激光光束和反射镜反射的反射光由双光子跃迁所形成的原子束荧光为线状荧光束。

13、进一步的，所述平凹柱面镜的凹面正对于所述原子气室，且长轴方向与所述原子气室的中心轴线平行。

14、进一步的，所述平凸柱面镜的凸面正对于所述平凹柱面镜，且长轴方向与平凹柱面镜的长轴方向正交。

15、进一步的，所述窄带滤光镜的通光波段为对应的双光子跃迁荧光波段，其透射率优于99.9％。

16、进一步的，所述平凹柱面镜、所述平凸柱面镜的通光波段为对应的双光子跃迁荧光波段，其透射率优于99.9％。

17、进一步的，所述反射镜和所述集光镜的抛物面内侧镀有高反膜，其反射率优于99.9％。

技术特征：

1.一种双光子跃迁原子束荧光收集系统，其特征在于，包括气室加热装置、准直激光光源、反射镜和荧光收集单元；

2.根据权利要求1所述的双光子跃迁原子束荧光收集系统，其特征在于，所述起偏器为格兰泰勒棱镜，其偏振分光比为100000:1。

3.根据权利要求1所述的双光子跃迁原子束荧光收集系统，其特征在于，所述气室加热装置采用无磁加热膜对所述原子气室加热。

4.根据权利1所述的双光子跃迁原子束荧光收集系统，其特征在于，所述原子气室内安装有圆柱形的原子玻璃泡，所述原子玻璃泡内具有工作原子并填充有缓冲气体。

5.根据权利要求1所述的双光子跃迁原子束荧光收集系统，其特征在于，准直激光光源发射的准直激光光束和反射镜反射的反射光由双光子跃迁所形成的原子束荧光为线状荧光束。

6.根据权利要求1所述的双光子跃迁原子束荧光收集系统，其特征在于，所述平凹柱面镜的凹面正对于所述原子气室，且长轴方向与所述原子气室的中心轴线平行。

7.根据权利要求6所述的双光子跃迁原子束荧光收集系统，其特征在于，所述平凸柱面镜的凸面正对于所述平凹柱面镜，且长轴方向与平凹柱面镜的长轴方向正交。

8.根据权利要求1所述的双光子跃迁原子束荧光收集系统，其特征在于，所述窄带滤光镜的通光波段为对应的双光子跃迁荧光波段，其透射率优于99.9％。

9.根据权利要求1所述的双光子跃迁原子束荧光收集系统，其特征在于，所述平凹柱面镜、所述平凸柱面镜的通光波段为对应的双光子跃迁荧光波段，其透射率优于99.9％。

10.根据权利要求1所述的双光子跃迁原子束荧光收集系统，其特征在于，所述反射镜和所述集光镜的抛物面内侧镀有高反膜，其反射率优于99.9％。

技术总结
本发明涉及一种双光子跃迁原子束荧光收集系统，其包括包括气室加热装置、准直激光光源、反射镜和荧光收集单元；准直激光光束经激光入射窗口穿过原子气室后，由激光反射窗口处的反射镜反射后共同作用于原子气室中的原子，形成双光子跃迁，利用面型为抛物面镜的集光镜和柱面镜的合理组合，用抛物面反射镜反射荧光，相对与平面反射镜大为提高了原子束荧光的收集空间角度。再通过柱面镜的合理组合将荧光束收集到感光面积有限的光电倍增管，能够有效增强双光子跃迁的原子束荧光信号的探测，从而提升信噪比。

技术研发人员：孙震,刘和平,李军强
受保护的技术使用者：华中光电技术研究所（中国船舶集团有限公司第七一七研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14