精準(zhǔn)光束、穩(wěn)如磐石——SK全新光纖準(zhǔn)直器助力冷原子實(shí)驗(yàn)

導(dǎo)語

在超冷原子實(shí)驗(yàn)中，激光束的穩(wěn)定性、偏振控制與多波長兼容直接決定了制冷與捕獲的效率。傳統(tǒng)自由空間光學(xué)布局往往面臨對準(zhǔn)困難、熱漂移以及空間占用大的痛點(diǎn)。今天，我們?yōu)槟颐?/span>SK（Sch?fter+Kirchhoff 簡稱 ）研發(fā)的 專業(yè)光纖準(zhǔn)直器 系列——從集成四分之一波片到二合一二色鏡，再到可生成橢圓光束的各向異性擴(kuò)束裝置，幫助您“一鍵"實(shí)現(xiàn)高效、可靠的冷原子實(shí)驗(yàn)布局。

你是否在實(shí)驗(yàn)室為光束對準(zhǔn)、偏振切換、波長切換而頭疼？下面的技術(shù)方案或許正是你需要的答案。

圖1：具有橢圓光束截面的光纖準(zhǔn)直器

一、超冷原子實(shí)驗(yàn)對光束的需求

• 磁光阱（MOT） 需要 6 條方向、頻率極度穩(wěn)定、窄線寬的激光束，以形成均勻的光學(xué)勢阱。

• 不同原子種類對應(yīng)不同工作波長：Rb（780 nm）、K（767 nm）、Sr（461 nm/689 nm） 等，常常需要 多波長 同時(shí)進(jìn)入真空腔。

• 偏振 必須嚴(yán)格控制：圓偏振（左/右手）是 MOT 冷卻的關(guān)鍵，而 偏振漂移 直接導(dǎo)致捕獲效率下降。

傳統(tǒng)的自由空間光路不僅占位大，還易受到機(jī)械振動(dòng)和溫度變化的影響，導(dǎo)致光束失穩(wěn)、對準(zhǔn)失效。

二、光纖端口集群——多路光束“一鍵分配"

光纖端口集群（Fiber Port Cluster） 是 SK 為 MOT 開發(fā)的模塊化解決方案。

• 核心結(jié)構(gòu)：

• 偏振保持（PM）單模光纖（Polarization Extinction Ratio > 26 dB at 780 nm），確保 高效、低損耗 的光束分配。

• 可變分光比：采用 旋轉(zhuǎn)半波片 + 偏振分束鏡 的級聯(lián)，實(shí)現(xiàn) 0 % ~ 100 % 任意分配，適配不同實(shí)驗(yàn)的光強(qiáng)需求。

• 機(jī)械/熱解耦：光纖本身成為激光源與真空腔之間的“緩沖層"，顯著降低外部擾動(dòng)對實(shí)驗(yàn)的影響。

• 性能指標(biāo)（典型）：

• 插入損耗 ≤ 0.2 dB（每條輸出端口）

• 回波抑制（Return Loss） > 55 dB

• 端面平面度 λ/10（保證光束波前質(zhì)量）

三、專用光纖準(zhǔn)直器的核心技術(shù)亮點(diǎn)

3.1 集成四分之一波片——光束偏振“一鍵切換"

圖 2：集成四分之一波片的光纖準(zhǔn)直器。通過專用工具旋轉(zhuǎn)四分之一波片，可產(chǎn)生右旋圓偏振光與左旋圓偏振光。該旋轉(zhuǎn)過程對應(yīng)龐加萊球上的 “8" 字形軌跡。

細(xì)化計(jì)算：

給定 NA?2 = 0.09（對應(yīng) nom NA = 0.11），如果目標(biāo)束腰 w? = 8 mm，所需焦距 f 可由公式

其中 λ = 780 nm、D_core ≈ 5 µm，計(jì)算得 f ≈ 30 mm。在實(shí)際產(chǎn)品中，提供 28 mm、30 mm、32 mm 三檔可選，以匹配常見的 MOT 束腰需求。

3.2 二色光纖準(zhǔn)直器（Dichroic Fiber Collimator）——多波長“一束打通"

圖 3：二向色光纖準(zhǔn)直器。兩束入射光束經(jīng)準(zhǔn)直后，通過二向色合束器合束，最終擴(kuò)束至所需光束直徑。

3.3 橢圓光纖準(zhǔn)直器——專為雙極阱（Dipole Trap） 定制

圖 4：集成變形光束整形光學(xué)元件的光纖準(zhǔn)直器 —— 可產(chǎn)生橢圓截面準(zhǔn)直高斯光束。該類光纖準(zhǔn)直器適用于偶極阱。

四、關(guān)鍵參數(shù)一覽——幫您精準(zhǔn)選型

計(jì)算實(shí)例：假設(shè)使用 NA?2 = 0.09、λ = 780 nm、D_core = 5 µm，若目標(biāo)束腰 w? = 12 mm，則所需焦距 f ≈ 45 mm（通過上式近似）。在 SK 的產(chǎn)品目錄中，可直接選取 焦距 45 mm 的圓形準(zhǔn)直器，或在此基礎(chǔ)上疊加 二色或橢圓模塊。

五、實(shí)際案例：從實(shí)驗(yàn)室到科研前沿

技術(shù)小貼士：在長時(shí)間運(yùn)行的 MOT（> 48 h）中，建議將 溫度傳感器 與 四分之一波片 進(jìn)行閉環(huán)控制（加熱或制冷），可進(jìn)一步將 偏振漂移 控制在 < 0.1 % 范圍。

六、結(jié)語 & 行動(dòng)號召

光纖準(zhǔn)直器的出現(xiàn)，讓原本繁復(fù)的 激光束布局、偏振控制、多波長合束 變得 模塊化、可復(fù)用、抗干擾。無論您是 科研院所、高校實(shí)驗(yàn)室，還是 量子技術(shù)企業(yè)，SK 豐富的產(chǎn)品系列都能為您的 超冷原子實(shí)驗(yàn) 提供 精準(zhǔn)、穩(wěn)健 的光學(xué)支撐。