[發明專利]燈泵銣氣體激光抽運銣泡輸出標準頻率的方法及銣原子鐘

有效

• 申請號: 201010163397.8
• 申請日: 2010-04-28
• 公開（公告）號: CN101846965A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 陳景標
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G04F5/14
• 分類號: G04F5/14;H03L7/26
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 劉芳

技術領域

本發明涉及原子鐘與頻率標準技術，具體涉及一種燈泵銣氣體激光抽運銣泡輸出標準頻率的方法及銣原子鐘，屬于激光技術領域。

背景技術

經過半個世紀的發展，國際上氣泡型銣原子鐘利用銣原子譜燈進行光抽運和光檢測的銣原子鐘已經達到了性能極限。為了突破銣原子鐘已經達到的性能極限，克服銣原子譜燈光抽運銣原子鐘時的低信噪比、低抽運效率以及抽運譜燈的光強和光譜線型隨時間變化帶來的原子鐘頻率穩定度的惡化，現有技術通過采用半導體激光代替銣譜燈進行光抽運和光檢測。

由于利用激光抽運和檢測的銣原子鐘所利用的半導體激光器工作在銣原子794.8納米(D₁)或780納米(D₂)譜線上，增益帶寬達到了數個納米(nm)的寬度。為了使半導體激光器在銣原子鐘系統上得到應用，必須通過穩頻技術調節半導體激光器的輸出波長，使半導體激光器能夠與銣原子的794.8納米(D₁)或780納米(D₂)譜中的一條躍遷線共振并使半導體激光器鎖定在該譜線上，例如：鎖定在銣87原子的基態5s?²S_1/2F＝1能級到激發態5p?²P_3/2F＝2能級躍遷頻率上。進一步地，即使半導體激光器鎖定在銣譜線上，半導體激光器仍然會由于振動、溫度變化等原因失鎖并且其工作頻率漂移以致離開銣原子譜線，最終導致沒有人工的再次干預檢查就無法自動重新將半導體激光器鎖定在所需的銣譜線上，這對于半導體激光抽運銣原子鐘作自主應用時是個無法克服的限制。半導體激光器的上述缺陷給半導體激光抽運銣原子鐘帶來極大的系統長期工作穩定性的隱患。

發明內容

本發明的目的在于提供一種燈泵銣氣體激光抽運銣泡輸出標準頻率的方法及銣原子鐘，提高抽運銣原子鐘的信噪比、抽運效率，并克服頻率穩定度漂移等缺點。

為實現上述目的，本發明提供了一種燈泵銣氣體激光抽運銣泡輸出標準頻率的方法，包括：

將銣氣體無極燈濾光后作為泵浦光源對原子汽室中的銣氣體原子進行泵浦實現布局數反轉后在激光諧振腔作用下形成燈泵銣氣體激光；

利用所述燈泵銣氣體激光對設置在微波腔內的銣泡進行激光抽運，并利用所述燈泵銣氣體激光檢測抽運后的所述銣原子在所述微波腔中與微波場相互作用發生躍遷的躍遷幾率，根據測量到的躍遷幾率鎖定饋入所述微波腔的微波頻率，使所述微波腔內的微波頻率鎖定在原子的鐘躍遷頻率上，從而提供標準頻率輸出。

為實現上述目的，本發明提供了一種銣原子鐘，包括：

依次設置的銣氣體無極燈、濾光裝置、聚焦透鏡，用于產生在第一激發態到基態之間躍遷譜線的泵浦光源；

帶壓電陶瓷的激光諧振腔，所述激光諧振腔的一端靠近所述聚焦透鏡設置有激光高反泵浦光投射鏡，所述激光諧振腔的另一端靠近壓電陶瓷設置有耦合透鏡；

設置于所述激光諧振腔內的原子汽室，所述原子汽室內充有與所述銣氣體無極燈內的銣蒸汽氣體，并混合有用于與所述原子汽室內的銣氣體原子碰撞的其他氣體原子和/或氣體分子，形成燈泵銣氣體激光；

設置于微波腔體內的帶有直流磁場和磁屏蔽的充有緩沖氣體的銣泡，利用所述燈泵銣氣體激光對所述銣泡進行抽運，并利用所述燈泵銣氣體激光檢測抽運后的銣原子在所述微波腔中與微波場相互作用發生躍遷的躍遷幾率，根據測量到的躍遷幾率鎖定饋入所述微波腔的微波頻率，使所述饋入微波腔內的微波頻率鎖定在原子的鐘躍遷頻率上，并提供標準頻率輸出。

上述本發明提供的燈泵銣氣體激光抽運銣泡輸出標準頻率的方法及銣原子鐘，與已有的利用半導體激光抽運的氣泡型銣原子鐘相比，本發明通過利用燈泵銣氣體激光在銣的躍遷譜線展寬譜上，容易鎖定在所需的輸出頻率上；由于燈泵銣氣體激光的頻率在失鎖的狀態下仍然是工作在銣躍遷譜線展寬譜上，因此即使燈泵銣氣體激光的頻率發生失鎖，也可以快速地將燈泵銣氣體激光鎖定在所需的輸出頻率上；此外，由于銣氣體無極燈有著預期二十年的壽命，進一步保證了本發明所述的用燈泵銣氣體激光抽運的銣原子鐘的長壽命。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現有銣原子能級的結構示意；

圖2為本發明燈泵銣氣體激光抽運銣泡輸出標準頻率的方法實施例的流程示意圖；