本发明属于量子精密测量与传感的，具体涉及混合抽运高精度原子磁场/惯性测量系统中使用的两通道窄线宽半导体激光光源系统，特别涉及一种基于回音壁微腔的多通路激光注入锁定装置。
背景技术：
1、量子精密测量与传感在极弱磁场、惯性、重力及前沿基本领域具有广泛的应用前景。基于serf效应的原子陀螺通常采用混合光抽运的方式，也就是使用包含两种碱金属原子（例如钾原子和铷原子）的气室作为检测运动载体角速度的敏感元件，因此需要使用两台对应碱金属原子吸收中心波长的窄线宽激光器分别进行光抽运和信号检测。半导体激光器具有体积小、功耗低等优点被广泛应用于量子传感器件，但是受限于半导体激光器较短的腔长，激光线宽大多在几mhz十几mhz，需要进一步压缩线宽降低光源噪声。同时，在实际的量子传感器中，由于存在压力展宽及频移，最佳工作点通常需要偏离碱金属原子的共振吸收峰，需要将两台激光器稳定在频率失谐甚至远失谐位置，现有的失谐或远失谐的激光频率锁定系统，需要激光频率锁定、移频等过程，系统复杂体积较大且易元器件多已引入干扰，不适于原子陀螺等量子精密测量仪器仪表。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于回音壁微腔的多通路激光注入锁定装置。通过设计回音壁微腔的尺寸等参数，使得抽运和检测激光器的工作波长分别与微腔产生的某个谐振模式对应的波长一致。然后利用本装置所设计的光路将两台激光器分别与回音壁微腔连接，实现激光器注入频率锁定，同时压缩两台激光器的线宽，降低光源系统的频率噪声。该发明装置充分利用回音壁微腔透射光谱范围宽、自注入主动锁定同时实现两台激光器线宽压窄，有效降低光源系统的频率噪声，整个装置结构简单易操作。
2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、一种基于回音壁微腔的多通路激光注入锁定装置，所述装置包括抽运激光器、检测激光器、第一分光棱镜、第二分光棱镜、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一光纤偏振控制器、第二光纤偏振控制器、光纤合束器、回音壁光学微腔和温控模块；
4、其中，抽运激光器和检测激光器输出的光分别经过第一分光棱镜和第二分光棱镜分光后，大部分光作为抽运光或检测光进入原子陀螺光路，小部分光经过第一光纤耦合器和第二光纤耦合器耦合进入光纤传播。光纤合束器的两个输入端分别与第一光纤耦合器和第二光纤耦合器连接，同时使用光纤第一光纤偏振控制器、第二光纤偏振控制器调节光纤中光的偏振态。光纤合束器的输出端与回音壁光学微腔连接。回音壁光学微腔与温控模块连接，可以通过改变温度的方式调节微腔的谐振波长。
5、进一步的，所述抽运激光器为dbr半导体激光器，其工作波长覆盖碱金属原子d1线或者d2线的共振谱线波长，最高输出功率120毫瓦，工作波长在共振谱线波长附近一定范围内连续可调。
6、进一步的，所述检测激光器为dbr半导体激光器，其工作波长覆盖碱金属原子d1线或者d2线的共振谱线波长，最高输出功率120毫瓦，工作波长在共振谱线波长附近一定范围内连续可调。
7、进一步的，所述第一分光棱镜、第二分光棱镜均为两块直角棱镜胶合而成的立方体棱镜，其工作波段覆盖抽运激光器和检测激光器的工作波长，均用于将对应各自光路的入射光按照固定的光强比例分成两束光。在第一分光棱镜、第二分光棱镜各自透射端和反射端输出的光强之比为定值，与入射光的偏振态无关。
8、进一步的，所述第一光纤耦合器、第二光纤耦合器均为一种带有光纤接口的机械装置，其内部有一个透镜用于聚焦入射的空间光，均用于将对应各自光路的入射光耦合进后端连接的光纤中。通过多个螺丝微调透镜位置和角度，将聚焦后的光斑对准所连接光纤的纤芯，实现空间光能量与光纤纤芯中的高效率耦合。
9、进一步的，所述第一光纤偏振控制器、第二光纤偏振控制器均为一种能够夹持光纤的机械装置，可以通过扭转光纤的方式任意调节所夹持的光纤中传播的光的偏振态，均用于将对应各自光路的光纤中传输的入射光偏振态进行任意控制，且偏振态控制范围覆盖整个邦加球面。
10、进一步的，所述的光纤合束器为一种光纤器件，如为2×1合束器，其工作波段覆盖抽运激光器和检测激光器的工作波长，能够将两个光纤输入端入射的光合为一束从光纤输出端输出，同时还能够逆向作为分束器件使用。
11、进一步的，所述回音壁光学微腔为一种能够通过回音壁模式将高能量密度的光场局限于尺寸在微米到毫米量级的腔体内的由晶体或石英等材料制成的器件。回音壁光学微腔产生的谐振模式的中心波长范围能够覆盖所使用的抽运激光器、检测激光器的工作波长的和，谐振模式的品质因数能够达到非常高的水平，回音壁光学微腔损伤功率阈值大于抽运激光器、检测激光器的最大输出功率之和。
12、进一步的，所述的温控模块包括热敏电阻、半导体制冷片以及控制电路，能够通过热敏电阻测量回音壁光学微腔封装结构的温度，并利用半导体制冷片结合控制电路中的反馈控制算法实现微腔温度的稳定。
13、本发明的有益效果在于：
14、本发明主要用于混合抽运原子陀螺的激光光源系统，具有光路结构简单、调节方便和噪声降低效果显著等优点。本发明利用回音壁光学微腔的宽透射光谱特性和激光器注入锁定的基本原理，将抽运和检测激光器发出的不同波长的光进行合束后导入单个回音壁光学微腔中，并利用预先设计好的微腔产生的不同波长的背向瑞利散射光，分别对两台波长不同的激光器进行注入锁定。本发明可以有效的降低混合抽运光源系统中抽运和检测激光器的频率噪声，提高混合抽运原子陀螺的自旋极化稳定度和检测灵敏度。
1.一种基于回音壁微腔的多通路激光注入锁定装置，其特征在于，所述装置包括抽运激光器(1)、检测激光器(2)、第一分光棱镜(3)、第二分光棱镜(4)、第一光纤耦合器(5)、第二光纤耦合器(6)、第一光纤偏振控制器(7)、第二光纤偏振控制器(8)、光纤合束器(9)、回音壁光学微腔(10)及温控模块(11)；
2.根据权利要求1所述的一种基于回音壁微腔的多通路激光注入锁定装置，其特征在于，所述抽运激光器(1)的工作波长覆盖碱金属原子d1线或者d2线的共振谱线波长，且所述工作波长在共振谱线波长预设范围内连续可调，输出功率最大为120毫瓦。
3.根据权利要求1所述的一种基于回音壁微腔的多通路激光注入锁定装置，其特征在于，所述检测激光器(2)的工作波长覆盖碱金属原子d1线或者d2线的共振谱线波长，且所述工作波长在共振谱线波长预设范围内连续可调，输出功率最大为120毫瓦。
4.根据权利要求1所述的一种基于回音壁微腔的多通路激光注入锁定装置，其特征在于，所述第一分光棱镜(3)和第二分光棱镜(4)均用于将对应各自光路的入射光按照固定的光强比例分成两束光，所述第一分光棱镜(3)和第二分光棱镜(4)的工作波长范围覆盖所使用的抽运激光器(1)、检测激光器(2)的工作波长。
5.根据权利要求1所述的一种基于回音壁微腔的多通路激光注入锁定装置，其特征在于，所述第一光纤耦合器(5)和第二光纤耦合器(6)均用于将对应各自光路的入射光耦合进后端连接的光纤中。
6.根据权利要求1所述的一种基于回音壁微腔的多通路激光注入锁定装置，其特征在于，所述第一光纤偏振控制器(7)和第二光纤偏振控制器(8)均用于将对应各自光路的光纤中传输的入射光偏振态进行任意控制，且偏振态控制范围覆盖整个邦加球面。
7.根据权利要求1所述的一种基于回音壁微腔的多通路激光注入锁定装置，其特征在于，所述光纤合束器(9)为2×1合束器，用于将两束光纤光合为一束，同时反向作为分束器使用，工作波长范围覆盖所使用的抽运激光器(1)、检测激光器(2)的工作波长。
8.根据权利要求1所述的一种基于回音壁微腔的多通路激光注入锁定装置，其特征在于，所述回音壁光学微腔(10)用于通过回音壁模式将高能量密度的光场局限于由晶体或石英材料制成的腔体内，所述回音壁光学微腔(10)产生的谐振模式的中心波长覆盖所使用的抽运激光器(1)、检测激光器(2)的工作波长的和，所述回音壁光学微腔(10)的损伤功率阈值大于抽运激光器(1)、检测激光器(2)的最大输出功率之和。
9.根据权利要求1所述的一种基于回音壁微腔的多通路激光注入锁定装置，其特征在于，所述温控模块(11)用于测量和调节回音壁光学微腔(10)的温度，并将温度控制在设定值。
