[發明專利]一種能夠降低激光噪聲的POP銣原子鐘

有效

• 申請號: 202110156688.2
• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN112904700B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 杜志靜;劉艷艷;劉濤;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: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 張琳麗

本發明公開了一種能夠降低激光噪聲的POP銣原子鐘。該POP銣原子鐘包括：光學系統、物理系統、探測系統和偏振器件。偏振器件，位于光學系統到物理系統的激光光路上；探測系統，包括激光分束片、第一探測器、第二探測器、信號采集處理器、伺服環路、壓控晶振以及頻率綜合器；激光分束片，位于物理系統的輸出光路上，用于將物理系統輸出的光分為兩路；第一探測器和第二探測器分別位于激光分束片分出的兩路光路中；信號采集處理器將兩探測器輸出的差除以兩探測器輸出的和，得到法拉第旋轉角度；伺服環路基于法拉第旋轉角度計算反饋電壓信號，并將反饋電壓信號反饋到壓控晶振上。本發明降低了激光的強度噪聲和功率起伏對原子鐘穩定度的影響。

技術領域

本發明涉及氣泡式原子鐘，特別是涉及一種能夠降低激光噪聲的POP銣原子鐘。

背景技術

原子鐘是量子物理學與電子學高度結合的產物，是波譜學在技術應用上最突出的成就之一。其中應用最為廣泛的銣原子鐘，具有體積小、價格低、預熱快、功耗小等特點，是一種傳統的實用性原子頻標。傳統銣原子鐘的抽運光源是通過無極放電⁸⁷Rb燈和⁸⁵Rb濾光泡組合實現的，抽運光的光強和光譜線型函數隨著時間有著復雜的慢變化，使傳統銣原子鐘的中長期穩定度變差。銣燈泡產生的光頻移在10^-10量級，被認為是限制銣原子鐘穩定度的最主要因素之一。

為了提高銣原子鐘的穩定度，人們開展了許多新型方案和物理機理的銣原子鐘的研究，其中脈沖光抽運(POP)銣原子鐘取得了非常好的指標。POP銣原子鐘采用光抽運、微波共振及鐘躍遷探測三者在時間上相互分離的方案，原子與微波相互作用時，沒有抽運光場的存在，原子處于一個純的二能級系統，理論上可以消除原子鐘的光頻移，提高原子鐘的中長期穩定度。

在POP原子鐘，光頻移遠小于傳統銣原子鐘，但是光頻移并沒有完全消失。剩余的光頻移，主要來源于探尋機理的不同過程：在光抽運階段，不完全抽運形成的剩余相干；在微波探尋階段，激光關斷不徹底引入的交流斯達克頻移；在探測階段，激光通過共振銣泡后，通過強度噪聲-強度噪聲以及頻率噪聲-強度噪聲轉化機理，惡化原子鐘的穩定度。最終，激光強度噪聲，對原子鐘短期穩定度的貢獻在10^-13量級，激光的功率起伏對POP銣原子鐘的影響在10^-14-10^-15量級，成為限制POP銣原子鐘穩定度的主要因素。

為了降低激光功率起伏和強度噪聲的影響，進一步提高銣原子鐘的穩定度，需要穩定抽運和探測激光的功率。激光功率的穩定普遍通過控制光路上的外部調制器件來實現，如聲光調制器或者電光調制器，從而穩定輸出激光束的功率。實驗上需要將激光分成兩路，一路用來穩定激光功率，一路激光用于實驗探測，結構復雜，且兩路光的功率起伏并不同步，從而導致激光功率穩定環內的起伏并不能實際的反應實驗光路的功率起伏。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠降低激光噪聲的POP銣原子鐘。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種能夠降低激光噪聲的POP銣原子鐘，包括：光學系統、物理系統、探測系統以及偏振器件；

光學系統，用于產生激光；

所述偏振器件，位于光學系統到物理系統的激光光路上，用于對光學系統發出的激光進行起偏，產生的線偏振光射入所述物理系統、與所述物理系統銣泡內的銣原子相互作用；