[發明專利]一種鈣原子束光鐘的原子束流準直特性的測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202210290307.4
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114659470A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 韓蕾;薛瀟博;朱匯;張璐;申彤;申超;張升康;葛軍
• 申請（專利權）人: 北京無線電計量測試研究所;中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01B11/27
• 分類號: G01B11/27
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 南霆

1.一種鈣原子束光鐘的原子束流準直特性的測量裝置，其特征在于，包括物理真空系統、光學系統和電控系統，其中：

所述物理真空系統包括原子爐、原子束管、原子氣室、入射光窗及探測光窗；所述物理真空系統發射的原子與所述光學系統輸入的激光相互作用；

所述光學系統包括激光器、光學元器件及光電探測器；所述光學系統向物理真空系統輸出激光，并向所述電控系統輸出原子躍遷譜信號和熒光強度信號；

所述電控系統包括信號源、鎖相放大器、計算機和電動位移平臺，所述信號源、鎖相放大器、計算機和電動位移平臺依次電連接；所述電控系統向所述光學系統輸出激光入射位置控制信號、頻率鎖定信號。

2.如權利要求1所述的一種鈣原子束光鐘的原子束流準直特性的測量裝置，其特征在于，所述原子爐原子出射口設置原子束管，所述原子氣室包括依次設置在原子爐原子出射方向的第一氣室、狹縫區、第二氣室，所述入射光窗包括前入射窗、后入射窗，所述探測光窗包括前探測窗、后探測窗，所述前入射窗、前探測窗設置在第一氣室上，所述后入射窗、后探測窗設置在第二氣室上。

3.如權利要求1所述的一種鈣原子束光鐘的原子束流準直特性的測量裝置，其特征在于，所述光學元器件包括偏振分光棱鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第一半波片、第二半波片、第一準直器、第二準直器、整形棱鏡組，所述激光器輸出端設置偏振分光棱鏡，所述偏振分光棱鏡的反射光輸出端設置第一反射鏡，所述偏振分光棱鏡的透射光輸出端設置斬波器；

所述第一反射鏡輸出端設置第二反射鏡，所述第二反射鏡輸出端設置第一半波片；

所述斬波器輸出端設置第一準直器，所述第一準直器輸出端通過保偏光纖連接第二準直器，所述第二準直器輸出端連接整形棱鏡組，所述整形棱鏡組輸出端連接第三反射鏡，所述第三反射鏡輸出端設置第二半波片；

所述第一半波片輸出的光束從物理真空系統的后入射光窗射入，所述第二半波片輸出的光束從物理真空系統的前入射光窗射入。

4.如權利要求3所述的一種鈣原子束光鐘的原子束流準直特性的測量裝置，其特征在于，所述第二準直器、整形棱鏡組、第三反射鏡設置在電動位移平臺上，所述電動位移平臺輸入端連接計算機。

5.如權利要求1所述的一種鈣原子束光鐘的原子束流準直特性的測量裝置，其特征在于，所述光電探測器包括第一光電探測器、第二光電探測器；所述第一光電探測器設置在前探測窗輸出口，所述第二光電探測器設置在后探測窗輸出口，所述第一光電探測器輸出端連接鎖相放大器，所述第二光電探測器輸出端連接激光器。

6.如權利要求1所述的一種鈣原子束光鐘的原子束流準直特性的測量裝置，其特征在于，所述信號源輸出端還連接斬波器。

7.一種鈣原子束光鐘的原子束流準直特性的測量方法，其特征在于，包括：

激光器輸出光經偏振分光棱鏡分為兩束線偏振光，偏振分光棱鏡的反射光為鎖頻激光，經過第一反射鏡、第二反射鏡和第一半波片后，從真空物理系統的后入射窗垂直入射，與鈣原子相互作用，第二光電探測器在真空物理系統的后探測窗測量熒光強度信號并反饋至激光器，將激光頻率鎖定在原子躍遷譜線上；

偏振分光棱鏡的透射光為探測光，經過斬波器、第一準直器耦合進保偏光纖，通過保偏光纖連接至電動位移平臺上的第二準直器，由保偏光纖經第二準直器后出射，通過整形棱鏡組、第三反射鏡和第二半波片后，由真空物理系統的前入射窗垂直入射，第一光電探測器在真空物理系統的前探測窗測量熒光強度信號，第一光電探測器探測的熒光強度信號輸入電控系統的鎖相放大器；

計算機對鎖相放大器處理后輸出的熒光強度信號進行數據采集與處理，根據熒光強度信號確定原子的z向分布邊界，計算原子束流縱向發散角α與偏轉角β。