基于笼式结构的喷泉钟探测光装置及调整方法与流程

本发明涉及探测光系统技术领域，尤其涉及一种基于笼式结构的喷泉钟探测光装置及调整方法。

背景技术：

喷泉钟是实现原子跃迁频率复现的频率标准装置，通常通过探测原子超精细结构能级跃迁上下能级上的原子态分布情况来确定频率源信号频率与原子跃迁频率的差值，实现频率源信号对原子跃迁频率的锁定。传统的喷泉钟探测光装置在光学平板上搭建上下探测光光路，固定在喷泉钟框架上。

传统的喷泉钟探测光装置存在体积大，结构松散等构件问题，所用光学元件安装和调节机构带有磁性，导致上下探测光路与喷泉钟探测腔体无法物理连接，探测腔通光孔的中心轴与上下探测光中心轴难于实现对准，影响探测荧光收集的效率。

为此，本领域迫切需要研发出一种探测光装置能够克服现有技术存在的上述技术问题。

技术实现要素：

本发明之目的是提供一种基于笼式结构的喷泉钟探测光装置，能够解决现有喷泉钟探测光装置存在体积大，结构松散，以及探测腔通光孔的中心轴与上下探测光中心轴难于实现对准，影响探测荧光收集的效率的技术问题。

本发明之另一目的是提供一种基于笼式结构的喷泉钟探测光调整方法，能够解决现有喷泉钟探测光装置存在体积大，结构松散，以及探测腔通光孔的中心轴与上下探测光中心轴难于实现对准，影响探测荧光收集的效率的技术问题。

本发明提供一种基于笼式结构的喷泉钟探测光装置，包括笼式结构、转接件与紧固件，

所述笼式结构设置在喷泉钟探测腔体上，所述笼式结构包括上探测光笼式结构与下探测光笼式结构；

所述紧固件用于固定所述上探测光笼式结构与下探测光笼式结构；

所述转接件用于将所述笼式结构固定在所述喷泉钟探测腔体上，所述笼式结构与转接件具有与喷泉钟探测腔体光窗同轴的通光孔；

在上探测光笼式结构中，经保偏光纤引入的探测光依次经过光纤法兰盘、偏振分光镜、准直透镜、矩形截光件、50:50非偏分光镜、零级1/2波片、喷泉钟探测腔体与反射镜，反射形成上探测光驻波场；

在下探测光笼式结构中，经保偏光纤引入的重泵光依次经过所述下探测光笼式结构上设置的光纤法兰盘、偏振分光镜、准直透镜、矩形截光件、10:90非偏分光镜、零级1/2波片、喷泉钟探测腔体与反射镜，反射形成下探测光驻波场。

优选地，所述上探测光笼式结构与下探测光笼式结构分别所需的八个固定螺孔以四个为一组在所述通光孔周围均匀分布。

优选地，所述笼式结构通过两个所述转接件固定在所述喷泉钟探测腔体通光区域的两侧。

优选地，每个所述转接件通过四个m6螺钉固定在所述喷泉钟探测腔体上。

优选地，所述笼式结构所需的16根直径为6mm的支杆固定在所述转接件上的通光孔周围的固定螺孔上。

优选地，所述喷泉钟探测腔体上的两个通光孔直径为25mm，中心距为50mm。

优选地，所述m6螺钉和支杆材质均采用钛金属。

优选地，所述转接件材质采用无磁硬铝。

优选地，所述笼式结构用到长度分别为250mm和100mm的支杆各8根。

本发明还提供一种基于笼式结构的喷泉钟探测光调整方法，包括如下步骤：

旋转上探测光笼式结构光纤法兰盘的固定角度，使偏振分光镜透射出光功率最大；

沿所述上探测光笼式结构轴向滑动调节准直透镜，实现光纤输出探测光的准直；

插入矩形截光件，截出矩形探测光；

旋转50:50非偏分光镜，保证反射的探测光与上探测光笼式结构轴向垂直；

调节所述上探测光笼式结构的反射镜，形成上探测光驻波场；

根据喷泉钟上探测荧光信号，旋转调节所述上探测光笼式结构的零级1/2波片，优化原子荧光信号；

旋转下探测光笼式结构的10:90非偏分光镜，使从所述上探测光笼式结构反射分出的下探测光与所述下探测光笼式结构中心轴同轴；

调整所述下探测光笼式结构的反射镜，使下探测光在所述下探测光笼式结构内形成下探测光驻波场；

旋转所述下探测光笼式结构光纤法兰盘的固定角度，使重泵光经偏振分光镜透射出光功率最大；

沿所述下探测光笼式结构轴向滑动调节准直透镜，实现光纤输出重泵光的准直；

插入矩形截光件，截出矩形重泵光；

调节所述下探测光笼式结构光纤法兰盘的固定件的xy方向，使重泵光与下探测光在所述下探测光笼式结构内重合；

根据喷泉钟上探测荧光信号，旋转调节所述下探测光笼式结构的零级1/2波片，优化原子荧光信号。

本发明的基于笼式结构的喷泉钟探测光装置及调整方法相比现有技术具有如下有益效果：

1、本发明通过上探测光笼式结构与上探测光笼式结构使得探测腔通光孔的中心轴与上下探测光中心轴实现对准，提升探测荧光收集的效率，保证上下探测效率的一致性和稳定性。

2、本发明通过转接件将上下探测光笼式结构固定在喷泉钟探测腔体上，再通过紧固件将上下探测光笼式结构两者固定在一起，从而可以保证喷泉钟探测腔体两端的上下探测光笼式结构的结构刚性。

3、本发明通过采用基于笼式结构的喷泉钟探测光装置，使得喷泉钟上下探测光对环境振动不敏感，可搬运能力强，且可保证该喷泉钟探测光装置连续长期运行，减少调整和维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于笼式结构的喷泉钟探测光装置的结构示意图；

图2为本发明基于笼式结构的喷泉钟探测光装置的笼式结构支杆的结构示意图；

图3为本发明基于笼式结构的喷泉钟探测光装置的转接件的结构示意图；

图4为本发明基于笼式结构的喷泉钟探测光装置的矩形截光件的结构示意图；

图5为本发明基于笼式结构的喷泉钟探测光装置的紧固件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1所示，为本发明提供的一种基于笼式结构的喷泉钟探测光装置，包括笼式结构、转接件2与紧固件601、602，笼式结构设置在喷泉钟探测腔体1上，笼式结构包括上探测光笼式结构与下探测光笼式结构；紧固件601、602用于固定上探测光笼式结构与下探测光笼式结构；转接件2用于将笼式结构固定在喷泉钟探测腔体1上，笼式结构与转接件2具有与喷泉钟探测腔体1光窗同轴的通光孔。从图1中可以看出在喷泉钟探测腔体1的两侧安装了由转接件2和笼式结构支杆3构成的上下探测光笼式结构。

本发明通过采用基于笼式结构的喷泉钟探测光装置，使得喷泉钟上下探测光对环境振动不敏感，可搬运能力强，且可保证该喷泉钟探测光装置连续长期运行，减少调整和维护。

其中，如图1所示，在上探测光笼式结构中，经保偏光纤引入的探测光依次经过光纤法兰盘、偏振分光镜501、准直透镜701、矩形截光件801(如图4所示)、50:50非偏分光镜901(取透射部分)、零级1/2波片1001、喷泉钟探测腔体1与反射镜1101，反射形成上探测光驻波场；在下探测光笼式结构中，经保偏光纤引入的重泵光依次经过光纤法兰盘、偏振分光镜502、准直透镜702、矩形截光件802、10:90非偏分光镜902(取透射部分，10％)、零级1/2波片1002、喷泉钟探测腔体1与反射镜1102，反射形成下探测光驻波场。

上探测光笼式结构中的50:50非偏分光镜901反射分出的50％下探测光，反射到下探测光笼式结构的10:90非偏反射镜902，其中90％的下探测光再次被反射，在下探测光笼式结构内与重泵光重合，共同构成下探测光驻波场。

具体地，保偏光纤引入的探测光通过xy方向平移调节座401上的光纤法兰盘接入，输出发散光束。经偏振分光镜501后，固化透射光偏振方向，保证经过pbs(偏振分光镜)之后的探测光偏振方向不随保偏光纤输出光偏振抖动而变化。准直透镜701实现对光纤出射光束的准直，形成直径为23mm的准直光束。矩形截光件801按宽16mm高8mm的尺寸截取准直光束，形成探测原子态所需的矩形光束。50:50非偏分光镜901将矩形光束分为两部分，一部分透射用作上探测光，一部分向下反射进入下探测笼式结构，用作下探测光。上探测光经零级1/2波片1001后，穿过喷泉钟探测腔体1，入射到反射镜1101，反射形成上探测光驻波场。旋转波片1001可以优化原子探测效率。保偏光纤引入的重泵光通过xy方向平移调节座402上的光纤法兰盘接入，经偏振分光镜502后，由准直透镜702实现对光纤出射光束的准直，矩形截光件802截出矩形准直光束。经10:90非偏分光镜902后，重泵光与下探测光合束，用于探测处于超精细结构跃迁下能级的原子。经零级1/2波片1002后穿过探测腔体1，由反射镜1102反射形成下探测光驻波场。

在图1中，上探测光笼式结构与下探测光笼式结构之间采用标准的30mm间距，光纤法兰盘安装在标准xy方向平移调节座401与402上，偏振分光镜501和502安装在标准笼式转接座上，准直透镜701和702安装在标准笼式转接座上，50:50非偏分光镜901和10:90非偏分光镜902分别安装在经改装的标准笼式转接座上，零级1/2波片1001和1002安装在标准笼式旋转座上，反射镜1101和1102则安装在标准笼式转接座上。

本发明中喷泉钟探测腔体1上的两个通光孔直径为25mm，中心距为50mm。

如图1所示，上探测光笼式结构与下探测光笼式结构分别所需的八个固定螺孔以四个为一组在通光孔周围均匀分布。

图2为本发明基于笼式结构的喷泉钟探测光装置的笼式结构支杆3的结构示意图，如图1和2所示，笼式结构所需的16根直径为6mm的支杆3固定在转接件2上的通光孔周围的固定螺孔上。优选地，笼式结构用到长度分别为250mm和100mm的支杆3各8根。该笼式结构支杆3采用钛金属材质，这样可以保证无磁与机械强度。支杆3的两端为无磁黄铜螺杆。不同长度的笼式结构支杆3通过黄铜螺杆分别固定在两个转接件2上，形成布局于喷泉钟探测腔体1两侧的上、下探测光笼式结构。

图3为本发明基于笼式结构的喷泉钟探测光装置的转接件2的结构示意图，如图3所示，每个转接件2通过四个m6螺钉固定在喷泉钟探测腔体的探测光通光区域上，转接件2上的两个通光孔直径为25mm，中心距为50mm，与喷泉钟探测区荧光收集系统的上下荧光收集透镜中心高度和间距保持一致。该转接件2采用无磁硬铝材料加工，尺寸参数根据喷泉钟钟探测腔体尺寸参数设计。如图1所示，本发明的笼式结构通过两个转接件2固定在喷泉钟探测腔体通光区域的两侧。

上述m6螺钉采用钛金属材质，这样可以在保证结构强度的同时也保证器件无磁。

优选地，转接件2材质采用无磁硬铝。

图5为本发明基于笼式结构的喷泉钟探测光装置的紧固件的结构示意图。在图1中可以看到紧固件601和602跨接安装在上探测光笼式结构与下探测光笼式结构上，使上探测光笼式结构与下探测光笼式结构固定为一体，增加其整体强度，保证结构刚性，提升稳定性。如图5所示，紧固件601和602上的两个通光孔直径均为25mm，孔中心距为50mm。30mm笼式结构所需的8个6mm通孔4个一组分别均布在两个通光孔周围。每个通孔都与无磁紧固螺钉实现紧固件601或602与笼式结构支杆3的紧固连接。

本发明还提供一种基于笼式结构的喷泉钟探测光调整方法，包括如下步骤：

旋转上探测光笼式结构光纤法兰盘的固定角度，使偏振分光镜透射出光功率最大；

沿上探测光笼式结构轴向滑动调节准直透镜，实现光纤输出探测光的准直；

插入矩形截光件，截出矩形探测光；

旋转50:50非偏分光镜，保证反射的探测光与上探测光笼式结构轴向垂直；

调节上探测光笼式结构的反射镜，形成上探测光驻波场；

根据喷泉钟上探测荧光信号，旋转调节上探测光笼式结构1/2波片，优化原子荧光信号；

旋转下探测光笼式结构的10:90非偏分光镜，使从上探测光笼式结构反射分出的下探测光与下探测光笼式结构中心轴同轴；

调整下探测光笼式结构的反射镜，使下探测光在下探测光笼式结构内形成下探测光驻波场；

旋转下探测光笼式结构光纤法兰盘的固定角度，使重泵光经偏振分光镜透射出光功率最大；

沿下探测光笼式结构轴向滑动调节准直透镜，实现光纤输出重泵光的准直；

插入矩形截光件，截出矩形重泵光；

调节下探测光笼式结构光纤法兰盘的固定件的xy方向，使重泵光与下探测光在下探测光笼式结构内重合；

根据喷泉钟上探测荧光信号，旋转调节下探测光笼式结构1/2波片，优化原子荧光信号。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。