[發明專利]一種積分球量子自旋壓縮態冷原子微波鐘裝置和方法

有效

• 申請號: 202111042505.0
• 申請日: 2021-09-06
• 公開（公告）號: CN113721444B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 王秀梅;陳景標;何進;王亮;劉亞軒;高連山;李春來;胡國慶
• 申請（專利權）人: 深港產學研基地(北京大學香港科技大學深圳研修院)
• 主分類號: G04F5/14
• 分類號: G04F5/14
• 代理公司: 蘇州國卓知識產權代理有限公司 32331
• 代理人: 劉晶晶

本發明公開了一種積分球量子自旋壓縮態冷原子微波鐘裝置和方法，涉及冷原子頻標技術領域，本發明裝置由內向外包括中心部分，中心部分為冷原子物理部分，外部為所需的光電部分和微波部分，其中冷原子物理由內到外包括冷原子團、光晶格、微波腔、真空系統和平凸光學諧振腔；所需的光電部分包括冷卻光、再抽運光和抽運光、囚禁光、腔頻探測光、濾光片、腔頻探測器；本發明方法首次原創性地提出積分球量子自旋壓縮態冷原子微波鐘的實現方案，交叉融合了自旋壓縮態技術、積分球冷原子鐘技術和光晶格囚禁技術，突破傳統方案中標準量子噪聲極限對頻率穩定度限制的技術瓶頸和解決傳統方案相干時間短的問題，顯著提高積分球冷原子鐘的頻率穩定度。

技術領域

本發明涉及冷原子頻標技術領域，特別涉及一種積分球量子自旋壓縮態冷原子微波鐘裝置和方法。

背景技術

冷原子頻標主要是利用冷原子與微波之間的分離振蕩場相互作用產生鑒頻曲線，從而使本地振蕩器輸出高穩定度和高準確度的頻率信號，其中積分球冷原子種是一種新型的小型化冷原子鐘，不僅具有高穩定度、高準確度和漂移率低等優異的性能優勢，而且具有體積小、重量輕和功耗低等相當高的工程價值，基于這些優勢，其不僅可以作為地面守時鐘，而且在空間微重力環境下，微波探詢時間可以增加約半個數量級，所以積分球冷原子鐘的性能在微重力環境下還可以進一步提高，為下一代衛星導航系統提供高精度的時間信號，因此其從根本上決定著我國未來導航定位系統的導航、定位和授時的精度，關系到整個系統的服務性能，即其發揮的作用將不可或缺，研制需求也不言而喻，進一步提升其性能指標對衛星導航系統將具有重要意義，此外，積分球冷原子鐘也將用于我國未來深空探測、地月空間時頻系統等空間工程，同樣提供高精度的時間信號，決定著我國未來空間探測能力，綜合來看，提升積分球冷原子鐘的性能將對我國的航天事業具有重要意義；

目前，面對上述各重大工程對積分球冷原子鐘的迫切的高精度性能和星載工程需求，積分球冷原子鐘的發展趨勢可概括為兩個方面：一方面，采用新原理、新方法不斷提高精度指標；另一方面，通過新技術壓縮工程特性，實現超小型工程樣機，而目前其高精度指標性能作為重要的科學問題，尤其是頻率穩定度作為核心的精度特征，決定了上述重大工程的基本服務、空間探測水平的保持能力，然而積分球冷原子鐘目前主要受限于原子傳統的自旋相干態產生的鑒頻曲線具有的標準量子噪聲極限，存在頻率穩定度難以繼續提高的技術瓶頸，這就導致其在未來無法滿足上述重大工程更廣闊和更深入的發展和應用需求，目前面對積分球冷原子鐘上述鮮明的應用場景，針對提高其頻率穩定度的量子技術研究尚處于空白階段，因此亟需通過交叉融合等研究方式開展新方案和新技術攻關，突破其技術瓶頸，填補發展空白，促進其應用；為此，我們提出一種積分球量子自旋壓縮態冷原子微波鐘裝置和方法。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種積分球量子自旋壓縮態冷原子微波鐘裝置和方法，旨在突破傳統的原子自旋相干態的標準量子噪聲極限，并解決現有技術中所存在的頻率穩定度難以繼續提高等問題，為進一步研制超高精度的積分球冷原子鐘做好技術儲備。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種積分球量子自旋壓縮態冷原子微波鐘裝置，所述積分球量子自旋壓縮態冷原子微波鐘裝置由內向外包括中心部分，所述中心部分為冷原子物理部分，所述外部為所需的光電部分和微波部分，其中冷原子物理由內到外包括冷原子團、光晶格、微波腔、真空系統和平凸光學諧振腔；所述所需的光電部分包括冷卻光、再抽運光和抽運光、囚禁光、腔頻探測光、濾光片、腔頻探測器、0°反射鏡、鐘信號探測光、45°反射鏡和光電探測器；所述微波部分包括鐘信號、伺服電路、伺服信號、本地振蕩器、微波鏈路、GHz信號和輸出信號。