本文關(guān)鍵詞：基于銣原子譜線的激光器鎖定控制系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)　出處：《武漢理工大學(xué)》2015年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：激光自從誕生以來(lái),廣泛應(yīng)用于人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域,在工業(yè)、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用。尤其在科研領(lǐng)域中,激光作為原子光學(xué)、量子光學(xué)中激發(fā)躍遷現(xiàn)象的基礎(chǔ),激光性能的優(yōu)劣具有重大意義,例如原子頻標(biāo)及光泵磁力儀的工作都依賴(lài)于激光的對(duì)原子的激發(fā),所以目前對(duì)于激光光頻穩(wěn)定性的要求也越來(lái)越高,而本文真是針對(duì)激光光頻穩(wěn)定展開(kāi)研究。本文的主要研究工作是基于銣原子譜線的激光器鎖定系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)光頻鎖定的功能。本文所研制的系統(tǒng)主要應(yīng)用于需要激光光頻穩(wěn)定的場(chǎng)景中,不僅可以應(yīng)用于CPT銣原子鐘,還可以應(yīng)用于銣光泵磁力儀等項(xiàng)目。用于激發(fā)銣原子產(chǎn)生躍遷現(xiàn)象的激光光頻是否穩(wěn)定和精確,決定著整個(gè)系統(tǒng)最后的性能,具有重要的科研價(jià)值和應(yīng)用意義。本文首先對(duì)課題來(lái)源和研究目的意義進(jìn)行了介紹;然后對(duì)激光穩(wěn)頻技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹,并將其與CPT銣原子鐘相結(jié)合,分析了本文所研制的激光器鎖定控制系統(tǒng)所需要實(shí)現(xiàn)的功能要求;接下來(lái)針對(duì)系統(tǒng)中的光路系統(tǒng)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì),根據(jù)相干布居囚禁現(xiàn)象對(duì)于激發(fā)光源的具體要求進(jìn)行了光源、光路以及光電檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì);通過(guò)對(duì)銣原子光譜飽和吸收法的研究分析,利用VCSEL出射波長(zhǎng)與銣原子吸收線型的關(guān)系來(lái)設(shè)計(jì)鎖頻回路以及對(duì)誤差信號(hào)的解調(diào)方法,完成整體光頻穩(wěn)定電路的設(shè)計(jì)及制作。由于溫度控制對(duì)于光頻的穩(wěn)定性也有較大的影響,我們同時(shí)利用TEC半導(dǎo)體制冷器與PID電路相結(jié)合的方式完成溫控電路的設(shè)計(jì)與制作。經(jīng)過(guò)測(cè)試,相關(guān)指標(biāo)都達(dá)到了預(yù)期,良好完成光頻鎖定的功能。最后對(duì)本文的研究工作以及在研究過(guò)程中積累的經(jīng)驗(yàn)和心得進(jìn)行了總結(jié),并根據(jù)目前的研究成果對(duì)后續(xù)工作及優(yōu)化改進(jìn)的方向進(jìn)行了展望。本論文重點(diǎn)研究的光頻穩(wěn)定電路是CPT銣原子鐘、銣光泵磁力儀等項(xiàng)目中的重要模塊,直接決定著它們的性能優(yōu)劣。本文為后續(xù)CPT銣原子鐘和銣光泵磁力儀的整體樣機(jī)系統(tǒng)的研制提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[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.
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN248

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1437429