[發明專利]單電子原子光鐘及其制備方法

有效

• 申請號: 201410092575.0
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103809426B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 陳景標;郭弘
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G04F5/14
• 分類號: G04F5/14;H01S5/0687
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心11011
• 代理人: 劉東升

1.一種單電子原子光鐘，其特征在于，所述光鐘包括：真空腔室（1）、單電子原子束發生裝置（2）、激光器（3）、控制電路裝置（4）、頻率調節器（5）、第一探測器（6）、第二探測器（7）以及光梳（9）；其中，

所述真空腔室（1），其外連有真空泵裝置，其上設有光窗組，所述光窗組包含兩個光窗（8），所述兩個光窗（8）在所述真空腔室（1）的腔體上對應設置，以提供用于透射激光器（3）激光輸出光束的路徑；

所述單電子原子束發生裝置（2），其設置于所述真空腔室（1）中，用于產生單電子原子束；所述單電子原子束發生裝置（2）產生的單電子原子束的發射方向正交于通過所述光窗組射入并透射出的激光輸出光束；

所述激光器（3），其設置于所述真空腔室（1）外部，其所射出的激光輸出光束經所述兩個光窗（8）射入并透射出真空腔室（1），且在真空腔室（1）內部與所述單電子原子束正交相互作用；所述激光輸出光束用于在與所述單電子原子束正交相互作用時，使單電子原子從基態躍遷到第2激發態；通過所述控制電路裝置（4）控制所述激光器（3）的溫度、電流以及調節激光腔長的壓電陶瓷的電壓；

所述頻率調節器（5）用于將激光的頻率調節到原子的共振頻率上，完成激光穩頻，從而使得第一探測器（6）及第二探測器（7）能夠探測到穩定的原子譜線信號；所述頻率調節器（5）受控制電路裝置（4）控制來執行其職能；

所述第一探測器（6），其設置于真空腔室（1）外部，且處于所述激光輸出光束從真空腔室（1）透射出之后的路徑上，其用于通過感應透射出的激光輸出光束來測量所述單電子原子束對激光的吸收信號；

所述第二探測器（7），其為光電探測器，用于測量單電子原子對激光進行作用后產生的熒光；

所述控制電路裝置（4），其用于接收所述第一探測器（6）及第二探測器（7）的測量結果，根據測量結果生成激光的頻率誤差信號，根據該頻率誤差信號調節激光器（3）的電流、溫度、壓電陶瓷驅動電壓，以使激光器（3）的激光輸出光束的頻率鎖定在單電子原子的基態躍遷到第2激發態的躍遷能級上，形成量子激光頻率標準；

所述光梳（9），其其中一個梳齒的波長能夠覆蓋或與所述量子激光頻率標準相接近，所述光梳（9）用于與所述頻率已鎖定在單電子原子的基態躍遷到第2激發態的躍遷能級上的激光輸出光束進行聯合，從而實現光鐘。

2.一種單電子原子光鐘，其特征在于，所述光鐘包括：

玻璃氣室（10）、激光器（3）、控制電路裝置（4）、第一探測器（6）、第二探測器（7）以及光梳（9）；其中，

所述玻璃汽室（10）內充填有單電子原子蒸汽；

所述激光器（3），其設置于所述玻璃汽室（10）外部，其所射出的激光輸出光束射入并透射出玻璃汽室（10），且在玻璃汽室（10）內部與單電子原子相互作用；所述激光輸出光束用于在與所述單電子原子相互作用時，使單電子原子從基態躍遷到第2激發態；通過所述控制電路裝置（4）控制所述激光器（3）的溫度、電流以及調節激光腔長的壓電陶瓷的電壓；

所述第一探測器（6），其設置于所述玻璃汽室（10）外部，且處于所述激光輸出光束從玻璃汽室（10）透射出之后的路徑上，其用于通過感應透射出的激光輸出光束來測量所述單電子原子對激光的吸收信號；

所述第二探測器（7），其為光電探測器，用于測量單電子原子對激光進行作用后產生的熒光；

所述控制電路裝置（4），其用于接收所述第一探測器（6）及第二探測器（7）的測量結果，根據測量結果生成激光的頻率誤差信號，根據該頻率誤差信號調節激光器（3）的電流、溫度、壓電陶瓷驅動電壓，以使激光器（3）的激光輸出光束的頻率鎖定在單電子原子的基態躍遷到第2激發態的躍遷能級上，形成量子激光頻率標準；

所述光梳（9），其其中一個梳齒的波長能夠覆蓋或與所述量子激光頻率標準相接近，所述光梳（9）用于與所述頻率已鎖定在單電子原子的基態躍遷到第2激發態的躍遷能級上的激光輸出光束進行聯合，從而實現光鐘。

3.如權利要求1或2所述的單電子原子光鐘，其特征在于，所述單電子原子為銫原子、銣原子、鉀原子或鈉原子。

4.如權利要求1所述的單電子原子光鐘，其特征在于，所述真空腔室（1）的真空度由所述控制電路裝置（4）控制在優于10^-4乇的程度；

所述單電子原子束發生裝置（2）的溫度由所述控制電路裝置（4）按照0.1攝氏度的控制精度控制在95攝氏度至105攝氏度。