本申请涉及激光稳频，特别是涉及一种用于里德堡原子激光系统的频谱测量装置及方法。
背景技术：
1、里德堡原子是指具有高激发态电子(主量子数n很大)的原子，其最外层电子离原子核很远，能级结构类似于氢原子。里德堡原子具有较大的轨道半径及较长的辐射寿命，高激发态里德堡原子的寿命可以达到微秒甚至毫秒量级。利用里德堡原子间偶极-偶极相互作用以及库仑阻塞效应，人们实现了各种量子逻辑门、纠缠态、量子模拟器以及量子中继器，是量子计算等量子信息领域的一个重要研究课题。2012年，科学家基于里德堡原子eit-at效应实现了对电磁场的精密测量，此后对该技术进行大量的理论与实验研究，目前，里德堡原子已成为国际上的研究热点，在量子信息、量子计量及微波测量等领域体现了重要的科学研究意义及广阔的应用前景。
2、基于里德堡原子的相关技术研究及应用中，对相关激光进行频率锁定是一项不可或缺的基础技术，也是里德堡原子走向应用的关键。通常情况下，其涉及对两个激光的频率锁定，分别是激发基态能级跃迁至激发态的探测光频率锁定和激发激发态至里德堡态的控制光频率锁定。目前，探测光锁频应用原子的饱和吸收谱，而控制光锁频则利用原子eit(电磁感应透明，electromagnetically induced transparency)透射谱，在具体实施中，饱和吸收谱和eit谱的测量是独立的，分别从两个独立的原子气室中获得，这样不仅导致用于锁频系统的器件较多，增加了光路复杂性以及设备成本，而且还带来了光路调节的复杂性，谱线效率较差。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本申请提出了一种用于里德堡原子激光系统的频谱测量装置及方法，可以同时实现探测光饱和吸收谱线和控制光eit透射谱线，为基于里德堡原子的电磁波频谱测量设备提供一种光路结构简单、易于小型化的锁频信号，能够广泛应用于基于里德堡原子的量子精密测量、量子计算等技术领域。
2、为解决上述技术问题，本申请提出了一种用于里德堡原子激光系统的频谱测量装置，所述频谱测量装置包括光源系统、第一二相色镜、原子气室、光路调节组件、第一光电探测器、第二光电探测器以及上位机；
3、所述光源系统用于产生以合束形式同向传输的探测光和控制光，所述第一二相色镜用于将所述探测光分束成第一子探测光和第二子探测光，其中所述第一子探测光与所述控制光保持合束且同向传输，并沿第一路径入射到所述原子气室，所述第一光电探测器用于检测从所述原子气室输出的所述第一子探测光；
4、所述第二子探测光经所述光路调节组件调节后沿第二路径入射到所述原子气室，所述第二光电探测器用于检测从所述原子气室输出的所述第二子探测光，所述第一子探测光和所述第二子探测光用于将所述原子气室内的原子从基态能级激发至亚稳态能级，所述控制光用于将所述原子从所述亚稳态能级激发至所述里德堡态能级；
5、所述上位机用于基于所述第一光电探测器的检测结果生成eit透射谱信息，并基于所述第二光电探测器的检测结果生成饱和吸收谱信息。
6、其中，所述光源系统包括第一激光器、第二激光器和波分复用器，所述第一激光器用于产生所述探测光，所述第二激光器用于产生所述控制光，所述波分复用器用于将所述探测光和所述控制光进行合束。
7、其中，所述光源系统还包括光纤准直器，所述光纤准直器设置于所述波分复用器和所述第一二相色镜之间，并用于同时对所述波分复用器输出的所述探测光和所述控制光进行准直。
8、其中，所述第一二相色镜用于透射所述控制光和一部分所述探测光，并反射另一部分所述探测光，透射的所述探测光形成所述第一子探测光，反射的所述探测光形成所述第二子探测光。
9、其中，所述第一二相色镜的反射比例不小于所述第一二相色镜的透射比例的至少两倍。
10、其中，经所述第一二相色镜分束后的第二子探测光具有第一偏振态，所述光路调节组件包括偏振分束器、偏振调节器和反射镜，所述偏振分束器将所述第一偏振态的第二子探测光反射后穿过所述偏振调节器和所述原子气室，并经所述反射镜反射再次穿过所述偏振调节器和所述原子气室，再次穿过所述偏振调节器的第二子探测光具有第二偏振态，所述偏振分束器将所述第二偏振态的第二子探测光透射至所述第二光电探测器。
11、其中，所述偏振调节器为四分之一波片，并设置于所述偏振分束器和所述原子气室之间。
12、其中，所述频谱测量装置还包括第二二相色镜，所述第二二相色镜用于透射所述第一子探测光，并反射所述控制光。
13、其中，所述上位机进一步基于所述饱和吸收谱信息控制所述光源系统锁定所述探测光的频率，并在所述探测光的频率被锁定后基于所述饱和吸收谱信息控制所述光源系统锁定所述控制光的频率。
14、为解决上述技术问题，本申请还提出一种用于里德堡原子激光系统的频谱测量方法，所述方法包括：
15、将以合束形式且同向传输的探测光和控制光中的所述探测光分束成第一子探测光和第二子探测光，其中所述第一子探测光与所述控制光保持合束且同向传输；
16、将所述第一子探测光与所述控制光沿第一路径入射到原子气室，将第二子探测光与所述控制光沿第二路径入射到所述原子气室；
17、检测经所述原子气室出射的所述第一子探测光和所述第二子探测光；
18、基于所述第一子探测光的检测结果生成eit透射谱信息，并基于所述第二子探测光的检测结果生成饱和吸收谱信息。
19、与现有技术相比，本申请的有益效果是：本申请提供的频谱测量装置包括：光源系统、第一二相色镜、原子气室、光路调节组件、第一光电探测器、第二光电探测器以及上位机；所述光源系统用于产生以合束形式同向传输的探测光和控制光，所述第一二相色镜用于将所述探测光分束成第一子探测光和第二子探测光，其中所述第一子探测光与所述控制光保持合束且同向传输，并沿第一路径入射到所述原子气室，所述第一光电探测器用于检测从所述原子气室输出的所述第一子探测光；所述第二子探测光经所述光路调节组件调节后沿第二路径入射到所述原子气室，所述第二光电探测器用于检测从所述原子气室输出的所述第二子探测光，所述第一子探测光和所述第二子探测光用于将所述原子气室内的原子从基态能级激发至亚稳态能级，所述控制光用于将所述原子从所述亚稳态能级激发至所述里德堡态能级；所述上位机用于基于所述第一光电探测器的检测结果生成eit透射谱信息，并基于所述第二光电探测器的检测结果生成饱和吸收谱信息。本申请的频谱测量装置可以同时实现探测光饱和吸收谱线和控制光eit透射谱线，为基于里德堡原子的电磁波频谱测量设备提供一种光路结构简单、易于小型化的锁频信号，能够广泛应用于基于里德堡原子的量子精密测量、量子计算等技术领域。
1.一种用于里德堡原子激光系统的频谱测量装置，其特征在于，所述频谱测量装置包括光源系统、第一二相色镜、原子气室、光路调节组件、第一光电探测器、第二光电探测器以及上位机；
2.根据权利要求1所述的频谱测量装置，其特征在于，所述光源系统包括第一激光器、第二激光器和波分复用器，所述第一激光器用于产生所述探测光，所述第二激光器用于产生所述控制光，所述波分复用器用于将所述探测光和所述控制光进行合束。
3.根据权利要求2所述的频谱测量装置，其特征在于，所述光源系统还包括光纤准直器，所述光纤准直器设置于所述波分复用器和所述第一二相色镜之间，并用于同时对所述波分复用器输出的所述探测光和所述控制光进行准直。
4.根据权利要求1所述的频谱测量装置，其特征在于，所述第一二相色镜用于透射所述控制光和一部分所述探测光，并反射另一部分所述探测光，透射的所述探测光形成所述第一子探测光，反射的所述探测光形成所述第二子探测光。
5.根据权利要求4所述的频谱测量装置，其特征在于，所述第一二相色镜的反射比例不小于所述第一二相色镜的透射比例的至少两倍。
6.根据权利要求1所述的频谱测量装置，其特征在于，经所述第一二相色镜分束后的第二子探测光具有第一偏振态，所述光路调节组件包括偏振分束器、偏振调节器和反射镜，所述偏振分束器将所述第一偏振态的第二子探测光反射后穿过所述偏振调节器和所述原子气室，并经所述反射镜反射再次穿过所述偏振调节器和所述原子气室，再次穿过所述偏振调节器的第二子探测光具有第二偏振态，所述偏振分束器将所述第二偏振态的第二子探测光透射至所述第二光电探测器。
7.根据权利要求6所述的频谱测量装置，其特征在于，所述偏振调节器为四分之一波片，并设置于所述偏振分束器和所述原子气室之间。
8.根据权利要求1所述的频谱测量装置，其特征在于，所述频谱测量装置还包括第二二相色镜，所述第二二相色镜用于透射所述第一子探测光，并反射所述控制光。
9.根据权利要求1所述的频谱测量装置，其特征在于，所述上位机进一步基于所述饱和吸收谱信息控制所述光源系统锁定所述探测光的频率，并在所述探测光的频率被锁定后基于所述饱和吸收谱信息控制所述光源系统锁定所述控制光的频率。
10.一种用于里德堡原子激光系统的频谱测量方法，其特征在于，所述方法包括：
