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eagleyard 冷原子的光泵磁力儀方案
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產品簡介

      微弱磁場探測作為一種不可替代的有效手段,被廣泛應用在包括航空航天,地理勘測,精密工業制造等關系到國計民生的重要領域。綜合考慮靈敏度及工程易用性的要求,激光光泵磁力儀方案是一種非常理想的選擇千赢官网登录-AG体育_官方app。

     本光源方案采用平臺化技術設計架構千赢官网登录-AG体育_官方app,具備強大的波長可拓展性,可提供767nm, 770nm, 780nm, 795nm, 852nm, 894nm 等波長千赢官网登录-AG体育_官方app,應用于基于鉀,銣千赢官网登录-AG体育_官方app,銫堿金屬原子的激光光泵磁力儀產品。


方案介紹

      下圖為激光光泵磁力儀的光源原理圖。為了保證磁力儀的檢測靈敏度千赢官网登录-AG体育_官方app,激光光泵磁力儀的光源必須要具有很好的頻率穩定度,功率穩定度以及優化設計的光束直徑。因此千赢官网登录-AG体育_官方app,激光光泵磁力儀光源應包括準直整形,偏振分束千赢官网登录-AG体育_官方app,飽和吸收穩頻光路以及相應的高精度電流控制,溫度控制和穩頻電路。另外千赢官网登录-AG体育_官方app,如果需要將穩頻激光光束通過光纖傳輸到磁力儀探頭以避免光源自身磁場對探測結果的干擾,還需要使用光纖耦合光路及后續的光纖準直擴束光路千赢官网登录-AG体育_官方app。

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核心器件( ( 技術) ) 選擇

      我們實際定型的分布反饋半導體激光器來自于德國 eagleyard Photonics公司。eagleyard 公司的分布反饋半導體激光器系列產品可提供對應鉀、銣千赢官网登录-AG体育_官方app、銫以及氦原子的 767nm ,780nm ,795nm,852nm,894nm 以及 1083nm。下圖為 eagleyard 公司 852nm DFB 激光管的 TO3 封裝樣式和典型光譜圖千赢官网登录-AG体育_官方app,該款型號DFB激光管輸出功率高達150mW,且能精確調諧至銫原子D2線852.347nm。

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流控和溫控電路

      驅動此類分布反饋半導體激光管的電流控制電路必須要具有軟啟動,ESD吸收以及低電流噪聲的特性,且能在外界環境溫濕度變化以及震動沖擊條件下保證平穩的輸出千赢官网登录-AG体育_官方app;而分布反饋半導體激光管的溫度控制電路需要保證盡可能高的控溫精度,通過熱電致冷器將激光芯片的溫度精確鎖定在工作溫度點,以保證分布反饋半導體激光管輸出頻率的穩定性。


穩頻控制電路

      為了保證激光光泵磁力儀的性能,需要將分布反饋半導體激光管的頻率精確鎖定在堿金屬原子超精細共振譜線上并保證長短時頻率穩定度,單靠高精度電流驅動和溫度控制電路不能無法勝任該頻率鎖定要求,需要采用外部主動穩頻技術。

      在一體化穩頻光源中,我們使用的飽和吸收譜穩頻技術基于德國 TEMMesstechnik GmbH 公司經過多年應用驗證的 LaseLock 和 CoSy 飽和吸收譜穩頻技術平臺,并將其小型化并進行工程可靠性提升。該飽和吸收譜穩頻技術平臺具有“鎖邊”、“鎖峰”功能及雙路 PID 電路,且支持失鎖-再鎖定功能,能夠保證分布反饋激光管頻率失鎖后重新找回目標鎖定頻率并再鎖定;該飽和吸收譜穩頻技術平臺的光路設計也非常巧妙和緊湊,在簡單可靠的前提下輸出有效信號千赢官网登录-AG体育_官方app。


規格和指標

      以用于激光光泵銫原子磁力儀的 894nm 一體化穩頻光源為例千赢官网登录-AG体育_官方app,通過將前述核心器件和技術方案進行工程化集成千赢官网登录-AG体育_官方app,最終定型的用于的激光光泵磁力儀的一體化穩頻光源的規格為 165mm x 102mm x 91mm,激光光源相干長度大于 10m,保偏光纖輸出功率為7mW, 輸出波長為894.6nm且長時頻率穩定度為500kHz。其供電及內部電路控制均通過單一控制接口千赢官网登录-AG体育_官方app,上電即可工作。下圖為 894nm 一體化激光穩頻光源的外觀示意圖。

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       除了用于激光光泵銫原子磁力儀的 894nm 一體化穩頻光源外千赢官网登录-AG体育_官方app,利用同樣的技術方案千赢官网登录-AG体育_官方app,我們還將波長拓展到 767nm千赢官网登录-AG体育_官方app,770nm,780nm,794nm,852nm千赢官网登录-AG体育_官方app,可以用于基于鉀原子千赢官网登录-AG体育_官方app、銣原子的激光光泵磁力儀方案。



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