一种用于原子干涉仪的激光产生结构、装置和原子干涉仪的制作方法

本发明涉及原子干涉仪，特别是涉及一种用于原子干涉仪的激光产生结构、装置和原子干涉仪。

背景技术：

1、冷原子干涉仪利用对物质波进行激光操控，实现重力加速度、重力梯度、角加速度等的精密测量，因此在大地测量、惯性导航等领域有着重要的应用。

2、为了实现原子冷却、回泵、推载、淬灭、拉曼跃迁、探测等操作，原子干涉仪的光学系统需要不同幅度、频率和时序的激光脉冲对原子团进行相互作用。这些激光脉冲的产生一般采用多个激光器和激光放大器输出一定强度的激光光源，然后进行分别锁频及声光移频器的调制，耦合输出到光纤，再输入到原子干涉仪的真空系统中。

3、激光器的波长对于温度和振动较为敏感，因此对于长期稳定工作的原子干涉仪，激光器数目越多，受到外界的扰动就越大，工作稳定性会恶化。在室外或者搬运使用等干扰因素较多的场景下，激光器的影响就显得尤为重要。因此，采用单个激光器实现原子干涉仪，可以将激光器带来的不稳定因素降到最低。

4、目前高精度原子干涉仪均采用两个或两个以上光源实现。通常采用两个激光器拍频锁相实现一对拉曼光，因此整个干涉仪所需的激光器的数目大于等于2个。为了实现冷却、回泵等功能，还需要增加2～3个新的激光器，致使原子干涉仪的系统复杂度增加、成本提升。另外，为了实现原子冷却与干涉，需要单个激光器的原子谱线锁定以及多个激光器之间的拍频锁相。这样若干个激光器必须同时锁定，其中一个激光器脱锁则原子干涉仪就无法正常运行。因此，含有多个激光器光源的原子干涉仪对于外界的振动、温湿度变化等十分敏感，不利于其长期连续运行。

5、鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是现有技术中的原子干涉仪通常使用多个激光源实现，由于激光源对于外界环境较敏感，极易出现频率漂移，不利于长期稳定运行。

2、本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种用于原子干涉仪的激光产生结构，包括拉曼激光生成组件1、波分复用组件2和回泵光生成组件3；

4、所述波分复用组件2的第一端口与所述拉曼激光生成组件1的主激光输出光路相耦合，所述波分复用组件2的第二端口与所述拉曼激光生成组件1的从激光输出光路相耦合；所述波分复用组件2的第三端口与所述回泵光生成组件3的冗余光出射光路相耦合；

5、所述拉曼激光生成组件1用于使用入射激光生成拉曼主激光和拉曼从激光；所述波分复用组件2用于使用所述拉曼主激光和所述拉曼从激光，产生拉曼光和冗余光；所述回泵光生成组件3用于对所述冗余光进行正移频，得到回泵光。

6、优选的，所述波分复用组件2包括合波组件21和偏振调节组件22；

7、所述合波组件21的第一端口与所述拉曼激光生成组件1的主激光输出光路相耦合，所述合波组件21的第二端口与所述拉曼激光生成组件1的从激光输出光路相耦合；所述偏振调节组件22设置在所述合波组件21的输出端口位置；

8、所述合波组件21用于对所述拉曼主激光和拉曼从激光进行合波，得到中间光；

9、所述偏振调节组件22用于调节所述中间光的偏振，并对偏振调节后的中间光进行分波，得到拉曼光和冗余光；其中，所述拉曼光中包含部分拉曼主激光和部分拉曼从激光，且所述部分拉曼主激光和部分拉曼从激光为同一偏振态。

10、优选的，所述合波组件21包括第一起偏组件210、第二起偏组件211和偏振合波组件212；

11、所述偏振合波组件212的第一端口与所述拉曼激光生成组件1的拉曼主激光输出光路相耦合，所述第一起偏组件210设置在所述偏振合波组件212的第一端口所在位置，所述偏振合波组件212的第二端口与所述拉曼激光生成组件1的拉曼从激光输出光路相耦合，所述第二起偏组件211设置在所述偏振合波组件212的第二端口所在位置；

12、所述第一起偏组件210用于为所述拉曼主激光提供第一方向的偏振；

13、所述第二起偏组件211用于为所述拉曼从激光提供第二方向的偏振；

14、所述偏振合波组件212用于将第一方向偏振的拉曼主激光与第二方向偏振的拉曼从激光进行合波，得到所述中间光。

15、优选的，所述偏振调节组件22包括第三起偏组件220和偏振分波组件221；

16、所述偏振分波组件221设置在所述合波组件21的输出端口位置，且所述第三起偏组件220设置在所述偏振分波组件221和所述合波组件21之间；

17、所述第三起偏组件220用于调节所述中间光的偏振，使偏振调节后的中间光中的部分拉曼主激光和部分拉曼从激光具有同一偏振态；

18、所述偏振分波组件221用于对偏振调节后的中间光进行分波，将具有同一偏振态的部分拉曼主激光和部分拉曼从激光作为拉曼光输出，将所述拉曼光以外的光作为冗余光输出。

19、优选的，所述回泵光生成组件3包括第一声光调制组件31；

20、所述第一声光调制组件31对所述冗余光进行声光调制，得到所述回泵光；其中，所述回泵光为所述冗余光的正一级衍射光。

21、优选的，所述拉曼激光生成组件1包括第二声光调制组件11和第一反射组件12；

22、所述第一反射组件12设置在所述第二声光调制组件11对侧的非衍射光路上；

23、所述入射激光从所述第二声光调制组件11的本侧入射，所述第二声光调制组件11用于对所述入射激光进行声光调制，得到从所述第二声光调制组件11对侧的衍射光路上出射的拉曼从激光，和从所述第二声光调制组件11对侧的非衍射光路上出射的零级光；其中，所述拉曼从激光为所述入射激光的正一级衍射光；

24、所述第一反射组件12用于对所述零级光进行反射，使所述零级光从所述第二声光调制组件11的对侧入射，所述第二声光调制组件11还用于对所述零级光进行声光调制，得到从所述第二声光调制组件11本侧的衍射光路上出射的拉曼主激光；其中，所述拉曼主激光为所述零级光的负一级衍射光。

25、优选的，所述拉曼激光生成组件1还包括第二反射组件13、第三反射组件14和第四反射组件15；

26、所述第二反射组件13设置在所述第二声光调制组件11本侧的衍射光路上，所述第三反射组件14设置在所述第二声光调制组件11对侧的衍射光路上，所述第四反射组件15与所述第三反射组件14光路耦合；

27、所述第二反射组件13用于将所述拉曼主激光反射至所述波分复用组件2的第一端口，所述第三反射组件14用于将所述拉曼从激光反射至所述第四反射组件15，所述第四反射组件15用于将所述拉曼从激光反射至所述波分复用组件2的第二端口。优选的，所述拉曼激光生成组件1还包括第一准直组件16和第二准直组件17；

28、所述第一准直组件16设置在所述第二声光调制组件11的本侧，用于对所述入射激光和所述拉曼主激光进行聚焦，所述第二准直组件17设置在所述第二声光调制组件11的对侧，用于对所述零级光和所述拉曼从激光进行聚焦。

29、优选的，还包括第五反射组件4，所述第五反射组件4设置在所述波分复用组件2的第三端口；

30、所述第五反射组件4用于将所述冗余光反射至所述回泵光生成组件3。

31、优选的，还包括第三准直组件5和第四准直组件6；

32、所述第三准直组件5设置于所述回泵光生成组件3的本侧，用于对所述冗余光进行聚焦；

33、所述第四准直组件6设置于所述回泵光生成组件3的对侧，用于对所述回泵光进行聚焦。

34、第二方面，本发明还提供了一种用于原子干涉仪的激光产生装置，包括拉曼回泵单元7、单个激光器8、放大器9、锁频单元10、冷却单元18和分光开关单元19；其中，所述拉曼回泵单元7为第一方面所述的用于原子干涉仪的激光产生结构；

35、所述锁频单元10用于对所述单个激光器8进行频率锁定；

36、所述单个激光器8用于产生初始激光，所述放大器9用于对所述初始激光进行放大，得到放大激光；

37、所述冷却单元18用于使用所述放大激光中的部分激光产生冷却光；

38、所述放大激光中的另一部分激光作为入射激光传输至所述拉曼回泵单元7，所述拉曼回泵单元7用于使用所述入射激光产生拉曼光和回泵光；

39、所述分光开关单元19用于对所述回泵光、冷却光和拉曼光进行合分束处理，得到实现原子干涉仪所需的光。

40、第三方面，本发明还提供了一种原子干涉仪，包括第一方面所述的用于原子干涉仪的激光产生结构，或包括第二方面所述的用于原子干涉仪的激光产生装置。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过将拉曼主激光和拉曼从激光合波时损失的冗余光进行利用，使用冗余光生成回泵光，既充分利用了冗余了激光功率，也无需通过增加一个稳频激光器的方式实现回泵光，降低了成本，且无需为回泵光专门设置一个激光器，从而减少激光器的使用数量。进一步地，所述拉曼激光组件使用单束激光(即入射激光)生成拉曼主激光和拉曼从激光，仅需一个激光器，故仅采用单个激光源即可实现回泵光和拉曼光的生成，从而无需进行多激光器之间的拍频锁相，以确保原子干涉仪的长期稳定运行。