原子斯塔克啁啾绝热跟随相干态的高效探测装置

摘要

本发明涉及原子斯塔克啁啾绝热跟随相干态的探测，特别是一种用来按照可控制方式探测原子、离子、分子的斯塔克啁啾绝热跟随相干态发生非线性变化的光学信号的装置。它依光传播方向依次包括激光泵浦源、激光光源、斯塔克啁啾脉冲光保偏光纤和泵浦脉冲光保偏光纤、脉冲延迟监测控制器、介质腔、轮胎镜、光纤探针、光纤耦合透镜、光纤耦合器、收集信号光传输器和接收装置。该装置应具有高效探测的能力，可以探测极微弱的信号。

说明书

技术领域：

本发明涉及原子斯塔克啁啾绝热跟随相干态的探测，特别是一种用来按照可控制方式探测原子、离子、分子的斯塔克啁啾绝热跟随相干态发生非线性变化的光学信号的装置。

背景技术：

已有技术中乌克兰亚特森克(L.P.Yatsenko)等人在“利用斯塔克啁啾快速绝热跟随技术产生相干叠加态”(Creation of coherentsuperpositions using Stark-chirped rapid adiabatic passage)文中论述了关于斯塔克啁啾快速绝热产生的斯塔克啁啾能级移动和产生相干态的理论和实验，但没有提供一种探测原子斯塔克啁啾绝热跟随相干态的实用仪器。

发明内容：

本发明要解决现有技术中没有探测原子斯塔克啁啾绝热跟随相干态的实用仪器的技术问题，提供一种具有原子斯塔克啁啾绝热跟随相干态的探测装置，该装置应具有高效探测的能力，可以探测极微弱的信号。

本发明的技术解决方案如下：

一种原子斯塔克啁啾绝热跟随相干态的高效探测装置，其特征在于：依光传播方向依次包括激光泵浦源、激光光源、斯塔克啁啾脉冲光保偏光纤和泵浦脉冲光保偏光纤、脉冲延迟监测控制器、介质腔、轮胎镜、光纤探针、光纤耦合透镜、光纤耦合器、收集信号光传输器和接收装置，其中，激光光源发射的激光由斯塔克啁啾脉冲光保偏光纤传输斯塔克啁啾光脉冲Is和激光光源发射由泵浦脉冲光保偏光纤传输的泵浦光脉冲Ip分别入射到脉冲延迟监测控制器的窗口a和b上，泵浦光脉冲Ip经倍频晶体倍频向后延迟30％-70％与斯塔克光脉冲Is同轴重叠20％-80％由脉冲延迟监测控制器的出射面c射出；该轮胎镜为沿宽度方向为镀金的柱面凹面镜，沿长度方向是圆环的弧部分，表面镀金薄膜；光纤探针束是将光纤用氟化氢加上表层置2mm厚的食用油刻蚀2小时成光纤芯针状形，光纤耦合透镜是会聚透镜。

该激光泵浦源是激光二极管或激光器。

该激光光源的是光纤固体激光器或半导体激光器或其它固态激光器。

该斯塔克啁啾脉冲光保偏光纤和泵浦脉冲光保偏光纤是玻璃或是石英制成。

该介质腔是将工作介质置于环形腔内的光路上构成或是将工作介质置于F-P法布利--珀罗标准具中的光路上构成；该工作介质是二能级系统的原子或离子或分子或半导体材料。

该倍频晶体是BBO晶体或是LBO晶体或是KDP晶体或是KTP晶体。

该光纤耦合透镜是会聚透镜。

该光纤耦合器是透镜组与外金属壳组合而成。

该接收装置可为CCD二极管列阵探测器或光电二极管或光电倍增管或多通道板或示波器或计算机或工程中的使用装置。

本发明的探测原子斯塔克啁啾绝热跟随相干态的装置的优点：

1、原子斯塔克啁啾绝热跟随相干态的探测装置探测效率高(40％)；该装置应具有高效探测的能力，可以探测极微弱的信号；

2、该装置中探测原子斯塔克啁啾绝热跟随相干态的装置工作介质可使用的材料较多；

3、起偏元件和保偏光纤容易实现，可选用的种类较多；

4、轮胎镜放置灵活，可以根据使用需要平置、竖置、斜置；

5、可用于集成光学系统和工程光学系统中实现探测斯塔克啁啾绝热跟随相干态的装置的种类多。

附图说明：

图1是本发明探测原子斯塔克啁啾绝热跟随相干态的装置最佳实施例结构示意图。

图中：

1-激光泵浦源； 2-激光光源；3-斯塔克啁啾脉冲光保偏光纤；

4-泵浦脉冲光保偏光纤       5-脉冲延迟监测控制器；

6-平面反射镜               7-工作介质；

8-平面反射镜；             9-轮胎镜；

10-光纤探针束；            11-光纤耦合透镜；

12-光纤耦合器；            13-收集信号光传输器；

14-接收装置。

具体实施方式

先请参阅图1，图1是本发明原子斯塔克啁啾绝热跟随相干态的高效探测装置最佳实施例的结构示意图。由图可见，本发明探测原子斯塔克啁啾绝热跟随相干态的装置包括，包括，最核心的元件为轮胎镜9(沿宽度方向是柱面镜，沿长度方向是圆环部分的弧)，光纤探针束10(用氟化氢加上表层置2mm厚的食用油刻蚀2小时)，光束耦合器12置于光纤耦合透镜11之后，置于法布利—珀罗标准具两个平面反射镜6和8之间的是工作介质7形成介质腔，并且紧接轮胎镜9放置，脉冲延迟监测控制器5的入射窗口b是倍频晶体制成，该倍频晶体是BBO晶体或是LBO晶体或是KDP晶体或是KTP晶体，置于脉冲延迟监测控制器5的入射面之前有斯塔克啁啾脉冲光保偏光纤3和泵浦脉冲光保偏光纤4及激光光源2和激光泵浦源1，接收装置14置于光纤耦合器12之后。

所说的轮胎镜9必须是一镀金的柱面凹面镜。

所说的保偏光纤3和4是玻璃或是石英制成。

所说的激光光源2是光纤固体激光器或半导体激光器或其它固态激光器。

所说的激光泵浦源1是激光二极管或其它激光器。

所说的脉冲延迟监测控制器5控制斯塔克光脉冲Is和泵浦光脉冲Ip有20％至80％脉冲宽度的重叠，并且塔克光脉冲Is超前泵浦光脉冲Ip30％至70％脉宽。

所说的法布利--珀罗标准具中平面反射镜8是透射4％光强度的平面反射镜，平面反射镜6是全反射平面镜。

该光纤耦合透镜是会聚透镜。

该光纤耦合器是透镜组与外金属壳组合而成。

所说的接收装置14是CCD二极管列阵探测器，或光电二极管，或光电倍增管或多通道板或示波器或计算机或工程使用装置。

本发明探测原子斯塔克啁啾绝热跟随相干态的装置的工作过程是：

当激光光源2发射出激光后经斯塔克啁啾脉冲光保偏光纤3传输斯塔克光脉冲中Is，和经泵浦脉冲光保偏光纤4传输泵浦光脉冲Ip分别入射到脉冲延迟监测控制器5的窗口a和b上，泵浦光脉冲Ip经倍频晶体倍频向后延迟30％或至70％与斯塔克光脉冲Is同轴重叠20％或至80％由脉冲延迟监测控制器5的出射面c出射，斯塔克光脉冲Is先入射到工作介质7中将工作介质的电子从基态能级激发到斯塔克啁啾能级上之后入射到透射率为4％的平面反射镜8上，96％的光脉冲反射到全反射平面镜，反射的光脉冲又回到透射率为4％的平面反射镜8上，泵浦光脉冲Ip向后延迟30％或至70％与斯塔克光脉冲Is同轴重叠20％或至80％入射到工作介质7中，将基态电子全部激发到斯塔克啁啾能级上，由非线性耦合效应形成相干叠加态，脉冲相互作用后的相干态回到基态，发射的光谱信号被轮胎镜9收集在近凹面上，轮胎镜9近凹面上的信号被针状光纤束10探测并传输进光纤束内，经光纤耦合透镜11耦合进光束耦合器12内经收集信号光传输器13传给接收装置14。

在使用中，激光光源2用固体激光器作光源，同时输出的波长在1064nm，输出强度功率0.01W/cm²。泵浦光脉冲波长是532nm，脉冲宽度为20ms，工作介质为Li⁺离子，轮胎镜9内凹面半径75cm，光纤探针束5根，间隔100μm，距离轮胎镜9内凹面50-100μm，探测到光谱信号。