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原文传递基于空间调制光束补偿非均匀外势的装置

专利名称：	基于空间调制光束补偿非均匀外势的装置
摘要：	本发明提供了一种基于空间调制光束补偿非均匀外势的装置，涉及采用光学偶极势场抵消非均匀外势场，用于pK量级温度的冷原子样品的制备。该装置包括两台激光器输出的两束激光，分别经光纤耦合器进入保偏光纤，再经保偏光纤匹配管输出后被光束取样板分成透射光和反射光，反射光经光电探测器转换成电信号进入光功率反馈控制模块，再反馈给激光器；沿透射光输出方向上依次是耦合透镜、液晶空间光调制器、傅里叶变换透镜、非均匀外势场、成像透镜、CCD相机，两束激光在非均匀外势场中心位置处正交。同时提供一种用两个二维光场合成一个所需的三维光场的方法，该方法解决了直接用三维计算全息获得所需光场分布的弊端，且简单易行。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	中国科学院上海光学精密机械研究所
发明人：	巩冬梅;周蜀渝
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910230702.1
公开号：	CN110006827A
代理机构：	上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	张宁展
分类号：	G01N21/17(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	201800 上海市嘉定区清河路390号
主权项：	1.一种基于空间调制光束补偿非均匀外势的装置，其特征在于该装置包括：第一激光器(1)输出第一束激光经第一光纤耦合器(2)进入第一保偏光纤(3)，再经第一保偏光纤匹配管(4)输出后被第一光束取样板(5)分成第一透射光(T1)和第一反射光(R1)，第一反射光(R1)经第一光电探测器(6)转换成电信号后进入第一光功率反馈控制模块(7)，再反馈至第一激光器(1)；在第一透射光(T1)方向上依次是第一耦合透镜(8)、第一液晶空间光调制器(9)、第一傅里叶变换透镜(10)、第一成像透镜(11)、第一CCD相机(12)；所述的第一保偏光纤匹配管(4)位于第一耦合透镜(8)的前焦面，该第一耦合透镜(8)的后焦面与第一傅里叶变换透镜(10)的前焦面重合，所述的第一液晶空间光调制器(9)位于该重合位置，第一成像透镜(11)的像面是第一CCD相机(12)的阵列面所在处；第二激光器(13)输出第二束激光经第二光纤耦合器(14)进入第二保偏光纤(15)，再经第二保偏光纤匹配管(16)输出后被第二光束取样板(17)分成第二透射光(T2)和第二反射光(R2)，第二反射光(R2)经第二光电探测器(18)转换成电信号后进入第二光功率反馈控制模块(19)，再反馈至第二激光器(13)；在第二透射光(T2)方向上依次是第二耦合透镜(20)、第二液晶空间光调制器(21)、第二傅里叶变换透镜(22)、第二成像透镜(23)、第二CCD相机(24)；所述的第二保偏光纤匹配管(16)位于第二耦合透镜(20)的前焦面，该第二耦合透镜(20)的后焦面与第二傅里叶变换透镜(22)的前焦面重合，所述的第二液晶空间光调制器(21)位于该重合位置，第二成像透镜(23)的像面是第二CCD相机(24)的阵列面所在处；计算机(26)分别控制第一液晶空间光调制器(9)、第二液晶空间光调制器(21)、第一光功率反馈控制模块(7)和第二光功率反馈控制模块(19)；所述的第一透射光(T1)和第二透射光(T2)在非均匀外势场(25)位置处叠加，该非均匀外势场(25)的中心位置是第一傅里叶变换透镜(10)的后焦面，同时是第一成像透镜(11)的物面，即第二傅里叶变换透镜(22)的后焦面和第二成像透镜(23)的物面。 2.根据权利要求1所述的基于空间调制光束补偿非均匀外势的装置，其特征在于，所述的第一激光器(1)产生第一空间调制光束，第二激光器(13)产生第二空间调制光束，且第一空间调制光束的波长与第二空间调制光束的波长相差0.01nm，以防止第一透射光(T1)和第二透射光(T2)在非均匀外势场(25)位置处形成干涉。 3.根据权利要求1所述的基于空间调制光束补偿非均匀外势的装置，其特征在于所述的第一透射光(T1)和第二透射光(T2)在非均匀外势场(25)位置处是正交的。 4.根据权利要求1所述的基于空间调制光束补偿非均匀外势的装置，其特征在于，所述的第一激光器(1)和第二激光器(13)的输出光功率通过以下步骤计算得出：步骤1：非均匀外势场(25)的三维分布U(x,y,z)，其三维离散化势场分布为t(xn,yn,zn)，对不同的zn把t(xn,yn,zn)拆分成一系列tn(xn,yn)，利用二次规划进行最优化分解，寻找使tn(xn,yn)拆分成gn(xn)+hn(yn)的最优解： min∑(gn(xn)+hn(yn)-tn(xn,yn))^2 可以得到两个二维离散化势场分布g(xn,zn)和h(yn,zn)，即把三维离散化势场t(xn,yn,zn)分解成两个2维离散化势场g(xn,zn)和h(yn,zn)的叠加；步骤2：对于步骤1得出的二维非均匀离散化势场g(xn,zn)和h(yn,zn)，需要分别用第一激光器(1)和第二激光器(13)输出的激光产生的光学偶极势场进行抵消，获得第一激光器(1)的光功率密度I1(x,z)和第二激光器(13)的光功率密度I2(y,z)，公式如下：其中，Udip为光学偶极势，p为俘获光的偏振参数，p＝0表示线偏振，p＝-1表示左旋圆偏振，p＝+1表示右旋圆偏振，Δ1,F和Δ2,F分别为俘获激光相对于D1线和D2线的失谐量，gF为朗德因子，mF是磁量子数，Γ为两个能级之间的衰减率，ω0为两个能级之间共振跃迁角频率，I为激光的光功率密度；步骤3：计算第一激光器(1)输出的光功率P1和第二激光器(13)输出的光功率P2，公式如下： 5.根据权利要求1所述的基于空间调制光束补偿非均匀外势的装置，其特征在于所述的第一CCD相机(12)和第二CCD相机(24)测量光功率密度的校准包括以下步骤：用已经校准的光功率计分别测量第一激光器(1)和第一激光器(13)的输出光功率P1和P2，然后加上标准的固定倍数衰减片，再测量第一CCD相机(12)和第二CCD相机(24)成像后获得的点数，从而完成对第一CCD相机(12)和第二CCD相机(24)测量光功率密度的校准。 6.根据权利要求1所述的基于空间调制光束补偿非均匀外势的装置，其特征在于所述的第一光功率反馈控制模块(7)和第二光功率反馈控制模块(19)均由同相比例运算电路、反向比例运算电路、积分运算电路组成，第一反射光(R1)和第二反射光(R2)分别被第一光电探测器(6)和第二光电探测器(18)转换成电信号后，分别由反馈信号输入端口输入同相比例运算电路，计算机(26)输出的模拟信号由计算机模拟输入端口进入反向比例运算电路，通过比较反馈信号和计算机模拟信号，得到误差信号由比例-积分电路输出端口输出，再分别反馈给第一激光器(1)和第二激光器(13)，即可实现恒定的光功率控制。
所属类别：	发明专利