[發明專利]一種平衡差拍探測POP銣原子鐘的裝置及方法

有效

• 申請號: 201810233796.3
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108536001B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 王柯穆;杜志靜;薛文祥;郝強;張首剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家授時中心
• 主分類號: G04F5/14
• 分類號: G04F5/14
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 何彩霞

一種平衡差拍探測POP銣原子鐘的裝置,在DBR激光器激光出射方向設置有二分之一玻片及偏振分束鏡，第一束線偏振光反射到無偏振分束鏡，第二束線偏振光沿原方向依次進入聲光調制器、四分之一玻片、零度全反射鏡再原路返回偏振分束鏡，然后入射到第一45度全反射鏡，第一45度全反射鏡光出射方向依次設置有第一高消光比偏振片、物理系統、第二高消光比偏振片、第二45度全反射鏡、第三45度全反射鏡、無偏振分束鏡，第一束偏振光和第二束偏振光在無偏振分束鏡分別分束合并之后輸入到平衡差拍探測器，然后將探測器的信號輸入到數據采集卡；本探測方法、大幅度提高POP原子鐘信號的信噪比、增強信號抵抗電流噪聲能力，可推廣應用到原子鐘探測領域。

技術領域

本發明屬于原子鐘技術領域，具體涉及到一種平衡差拍探測POP銣原子鐘的裝置及方法。

背景技術

體積小、功耗低和性能高的原子鐘的發展對基礎科學研究和工業生產有著重要的積極意義，特別是在高分辨率的衛星導航上，相較于晶體振蕩器，原子鐘有著長期穩定度更好的優勢。

POP銣原子鐘兼備體積小、功耗低和性能高三大優點，近年被廣泛研究。其基本原理是利用激光和微波與原子三能級系統相互作用，產生基態能級布局數差以及基態的相干，當微波頻率恰好等于基態能級間距時，布局數差以及基態的相干最大，產生檢測信號的峰值。利用這個特點將微波頻率鎖定，從而產生高穩定度的標準頻率信號輸出。檢測信號的大小以及噪聲水平與穩定度密切相關，不同的探測方法產生不同的檢測信號。目前主流的檢測方法有兩種，微波探測和吸收法光探測。微波探測利用的是原子自發輻射的微波信號，雖然這種方法對激光的噪聲不敏感，但是由于探測的微波頻率低，其信號太弱，造成其短期穩定度很難突破10^^(-13)(@1s)。吸收法光探測由于其信號強以及對微波腔Q值要求低的特點被大量使用。但同時不足40％的Ramsey條紋對比度成了其短期穩定度提高的一個主要限制因素。偏振探測法利用原子雙折射導致左右旋光經過原子時產生相位差的原理，能夠使Ramsey條紋對比度接近100％，可以很好的克服吸收法光探測條紋對比度低的缺點，另外，在大失諧探測光的情況下，這種方法仍然可以得到超過80％對比度的Ramsey條紋，可以作為其中一種弱探測的方法，應用前景好，目前不少單位正在開展相關研究。但其信號相對較弱的缺點導致其很容易受激光產生的AM和FM-AM噪聲的影響，進而影響原子鐘穩定度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服偏振探測法信號弱導致其容易受激光產生的AM和FM-AM噪聲的影響，進而影響原子鐘穩定度的問題,提供一種設計合理、有效抑制AM和FM-AM噪聲、大幅度提高POP原子鐘信號的信噪比、增強信號抵抗微波腔加熱產生電流噪聲以及其他電路噪聲能力的平衡差拍探測POP銣原子鐘的裝置及方法。

解決上述技術問題采用的技術方案是：在DBR激光器激光出射方向設置有二分之一玻片及偏振分束鏡，激光經過偏振分束鏡后分為兩束偏振方向垂直的線偏振光，第一束線偏振光反射到無偏振分束鏡，第二束線偏振光沿原方向依次進入聲光調制器、四分之一玻片、零度全反射鏡，經過零度全反射鏡反射后原路返回偏振分束鏡，第二束線偏振光經過偏振分束鏡后的光出射方向設置有第一45度全反射鏡，第一45度全反射鏡光出射方向依次設置有第一高消光比偏振片、物理系統、第二高消光比偏振片，第二高消光比偏振片光出射方向依次設置第二45度全反射鏡、第三45度全反射鏡，第三45度全反射鏡的出射光進入無偏振分束鏡，第一束偏振光和第二束偏振光在無偏振分束鏡分別分束合并之后輸入到平衡差拍探測器，平衡差拍探測器信號輸出至數據采集卡。

本發明的物理系統為：微波腔內設置有原子氣泡，微波腔外壁纏繞有磁場線圈，微波腔設置于磁屏蔽筒內。

利用上述的平衡差拍探測POP銣原子鐘的裝置探測銣原子鐘的方法，包括以下步驟：

S1、對DBR激光器和銣原子氣泡加熱并控溫；

S2、將DBR激光器系統頻率鎖定在⁸⁷Rb的D1線的基態F＝1到激發態F＝2上，磁場線圈通電；