本发明涉及光通信中锁模激光器技术，具体为一种基于锁模激光器增强冷铷原子双光子跃迁谐振的系统。
背景技术：
现有的光通信设备通常使用基于一定波长的光纤进行光传输，功耗较低。掺铒光纤锁模激光器满足这种波长要求，基于锁模激光器增强冷铷原子双光子跃迁谐振的系统可以作为现代光通信技术的通信基础，并有成为新一代光通信技术的通信标准的潜力。锁模激光器提供的多种稳定相干光源也被广泛认为是光通信技术的频率标准。
现代光通信技术存在着环境噪声高、放大器相位噪声高，难以增强冷铷原子双光子跃迁谐振，难以确定光通信频率标准等问题。目前尚未出现采用基于锁模激光器的用于增强冷铷原子双光子跃迁谐振的光通信系统。同时锁模光与连续光相比，锁模激光器每个梳的线宽更窄，可能达到千赫，甚至具有特定稳定的亚赫兹频率，相对稳定且更加精确，同时通信时所附带的噪声较小。可以提高通信效能，其可以提供最纯净的微波频率源。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于锁模激光器增强冷铷原子双光子跃迁谐振的系统，以解决上述背景技术中提出的环境噪声、放大器相位噪声、增强冷铷原子双光子跃迁谐振、确定光通信频率标准等一系列问题，且系统的结构简单、成本较低、性能优良。
本发明的工作原理是：在光通信设备领域，锁模激光器通过锁模光可以体现出线宽和频率特性，易于进行光通信，可以用于辅助制定光通信频率标准，可以保证光通信应用的可靠性。此外，锁模激光器的锁模光其具有一定等间隔频率周期性特性，在通信中具备了众多的通信信道，这也代表了在此基础上进行光通信的可行性。锁模光的通信信道数量较多带来了较宽的通信频段，光通信设备可以利用超宽频段进行高速率通信。利用锁模激光器设定通信标准也可以满足信息的有效传递。同时锁模光结合诱导激光可以通过一系列作用在磁光阱中增强冷铷原子双光子跃迁。一系列作用包括：采用诱导激光作为激发的来源；采用了捕获和冷却的方法来降低原子速度和缩小原子共振线宽，其中捕获与冷却是由于在磁光阱中，若铷原子温度过高，则原子会产生多普勒频移，使得测量不精确，而若在测量时，激光冷却器依然处于打开状态，其内部的反亥姆霍兹线圈会导致铷原子发生塞曼分裂使得原子能级的原子跃迁谱变宽，也使得测量不精确。故本发明须采用捕获与冷却方法，具体步骤为先通过控制信号打开激光冷却器，待铷原子冷却到一定温度后，断开激光冷却器，同时立刻控制声光调制器完成单光子探测器的测量，再重新打开激光冷却器，循环往复测量，从而使得参考线宽的限制或锁定光学频率梳的参考点更加准确。
因此，本发明提出的基于锁模激光器增强冷铷原子双光子跃迁谐振的系统，其可用于制定光通信频率标准，在此基础上可以进一步完善光通信的硬件环境；同时，系统的结构简单、成本较低、性能优良。
本发明提供的技术方案是：
一种基于锁模激光器增强冷铷原子双光子跃迁谐振的系统，包括锁模激光器、倍频晶体、滤光片、声光调制器、开关、磁光阱、单光子探测器、激光冷却模块、数字控制模块、诱导激光。所述锁模激光器与倍频晶体相连，所述倍频晶体与滤光片相连、所述滤光片与声光调制器相连、所述声光调制器与磁光阱相连、所述磁光阱与单光子探测器相连、所述数字控制模块与声光调制器相连、所述数字控制模块与开关相连、所述开关与激光冷却模块相连、所述激光冷却模块与磁光阱相连、所述诱导激光与磁光阱相连，所述数字控制模块信号一路输出到开关，另一路输出到声光调制器。
优选的，所述开关为电开关。
本发明中，锁模激光器产生锁模光，进入到倍频晶体中，并在倍频晶体内完成激光的完成频率整数倍的倍增(倍频)功能，再将倍频后的光进入滤光片，完成带通滤光功能，滤除其他频率，仅输出特定频率的锁模光，再将特定频率的锁模光输入到声光调制器，结合控制信号，完成原输出与频移输出的功能。再将声光调制器输出的锁模光输入到磁光阱中，结合诱导激光与控制信号控制的开关，通过通断激光冷却器/模块进行双光子跃迁。其可以通过单光子探测器，探测一个周期内光子并计数，从而可以描绘出来离散光谱，完成信号收集功能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出的基于锁模光增强冷铷原子双光子跃迁谐振的系统科学合理，简单方便。较之现有的增强冷铷原子双光子跃迁谐振的系统，本发明模块化清晰，结构更简单、性能更优良。本发明提出的系统，其锁模光工作波段位于光通信所在波段，该系统可以为光通信提供硬件基础，为光通信的应用起到了推动作用。
本发明包括锁模激光器、倍频晶体、滤光片、声光调制器、开关、磁光阱、单光子探测器、激光冷却模块、数字控制模块、诱导激光，各模块均为集成化处理电路，各个模块集成在一个装置中，结构简单、使用方便、体积小、成本低。
附图说明
图1为本发明实施例的结构框图；
图中：1—锁模激光器；2—倍频晶体；3—滤光片；4—声光调制器；5—开关；6—磁光阱；7—单光子探测器；8—激光冷却模块；9—数字控制模块；10—诱导激光。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明提供的一种基于锁模激光器增强冷铷原子双光子跃迁谐振的系统的实施例，包括：锁模激光器1；倍频晶体2；滤光片3；声光调制器4；开关5；磁光阱6；单光子探测器7；激光冷却模块8；数字控制模块9；诱导激光10；
其中，锁模激光器与倍频晶体相连，倍频晶体与滤光片相连、滤光片与声光调制器相连、声光调制器与磁光阱相连、磁光阱与单光子探测器相连、数字控制模块与声光调制器相连、数字控制模块与开关相连、开关与激光冷却模块相连、激光冷却模块与磁光阱相连、诱导激光与磁光阱相连，数字控制模块信号一路输出到开关，另一路输出到声光调制器。
上述基于锁模激光器增强冷铷原子双光子跃迁谐振的系统的组成结构中，锁模激光器用来产生锁模激光，并将锁模激光通过光路发射到倍频晶体中；倍频晶体用来完成锁模激光倍频功能，即频率呈倍数扩增；滤光片用于滤除其他频率光，只允许特定频率的锁模光通过；声光调制器有两种输出，一种是原频率光直接输出，一种是对原频率光进行几十兆赫兹移频后输出，通过控制信号选择哪种输出方式；磁光阱用于通过诱导激光、间歇激光冷却模块与声光调制器的输出进行反应，完成双光子跃迁过程。单光子探测器可通过实时探测单光子数量，完成光谱的实时描绘与测量。激光冷却模块通过利用反亥姆霍兹线圈，通电时产生磁场，对铷原子进行冷却。数字控制模块用于确定各项输出的状态，从而完成两项控制功能：①.控制开关通断，从而决定激光冷却模块是否打开；②.控制声光调制器，选择输出方式。诱导激光通过加载到磁光阱中，协助其他诱因促进完成冷铷原子的双光子跃迁。
利用上述基于锁模光增强冷铷原子双光子跃迁谐振的系统完成了基于锁模光的冷却系统中的冷铷原子双光子跃迁谐振实验。为了满足光通信波长要求，本实施例中，采用诱导激光作为激发的来源。系统采用了捕获和冷却的方法来降低原子速度和缩小原子共振线宽，其中捕获与冷却是由于在磁光阱中，若铷原子温度过高，则原子会产生多普勒频移，使得测量不精确，而若在测量时，激光冷却器/模块依然处于打开状态，其内部的反亥姆霍兹线圈会导致铷原子发生塞曼分裂使得原子能级的原子跃迁谱变宽，也使得测量不精确。因此，必须采用捕获与冷却方法，具体步骤为先通过控制信号打开激光冷却器/模块，待铷原子冷却到一定温度后，断开激光冷却器/模块，同时立刻控制声光调制器完成单光子探测器的测量，再重新打开激光冷却器/模块，循环往复测量，从而使得参考线宽的限制或锁模激光的参考点更加准确。
本发明提供的基于锁模光增强冷铷原子双光子跃迁谐振的系统的工作过程如下：
首先锁模激光器产生锁模光，进入到倍频晶体中，并在倍频晶体内完成激光的完成频率整数倍倍增功能，再将倍频后的光进入滤光片，完成带通滤光功能，滤除其他频率，仅输出特定频率的锁模光，再将特定频率的锁模光输入到声光调制器，结合控制信号，完成原输出与频移输出的功能。再将锁模光输入到磁光阱中，结合诱导激光与控制信号控制的开关，通断激光冷却器/模块进行双光子跃迁。其可以通过单光子探测器，探测一个周期内光子并计数，从而可以描绘出来离散光谱，完成信号收集功能。
本发明可以通过该系统的上述结构实现一种冷铷原子双光子跃迁架构，同时，基于锁模激光器，通过捕获和冷却交替的方法在其工作波段上完成冷铷原子双光子跃迁，并绘出冷铷原子双光子跃迁的光谱，为光通信的基准波段提供通信基础。
需要注意的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。