[發(fā)明專(zhuān)利]一種鈣原子束光鐘的原子束流準(zhǔn)直特性的測(cè)量裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210290307.4
• 申請(qǐng)日: 2022-03-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114659470A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓蕾;薛瀟博;朱匯;張璐;申彤;申超;張升康;葛軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京無(wú)線電計(jì)量測(cè)試研究所;中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/27
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/27
• 代理公司: 北京國(guó)昊天誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11315
• 代理人: 南霆

本申請(qǐng)公開(kāi)了一種鈣原子束光鐘的原子束流準(zhǔn)直特性的測(cè)量裝置及方法。測(cè)量方法為：利用電動(dòng)位移平臺(tái)系統(tǒng)，對(duì)探測(cè)激光與鈣原子共振躍遷的輻射熒光信號(hào)進(jìn)行掃描測(cè)量，得到原子束流發(fā)射路徑上不同位置的鈣原子分布，實(shí)現(xiàn)原子束流準(zhǔn)直特性的測(cè)量，包括束流發(fā)散角α和偏轉(zhuǎn)角β。測(cè)量裝置包括鈣原子束流真空物理系統(tǒng)，激光鎖頻光路，探測(cè)光路，斬波器，鎖相放大器及相應(yīng)的電控裝置。本申請(qǐng)?jiān)谝延械脑訝t口準(zhǔn)直管設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，利用原子與激光相互作用的熒光信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量原子束流的z向分布邊界，得到原子束流發(fā)射路徑上不同位置的原子分布，以突破工程應(yīng)用中加工及裝配的限制，進(jìn)一步提高原子束流量及原子束流準(zhǔn)直特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及原子頻標(biāo)領(lǐng)域，尤其涉及一種鈣原子束光鐘的原子束流準(zhǔn)直特性的測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)

在原子頻標(biāo)研究領(lǐng)域，主要研究的對(duì)象為原子微波頻標(biāo)和原子光頻標(biāo)。隨著激光技術(shù)、激光冷卻技術(shù)的發(fā)展，光頻標(biāo)的研究快速發(fā)展，指標(biāo)優(yōu)勢(shì)顯著，成為原子頻標(biāo)領(lǐng)域目前最前沿的研究方向。小型鈣原子束光鐘具有體積小、可搬運(yùn)和潛在穩(wěn)定度性能優(yōu)于微波鐘的優(yōu)點(diǎn)，在光頻標(biāo)比對(duì)測(cè)量中具有廣泛應(yīng)用前景。

在鈣原子束光鐘實(shí)驗(yàn)中，原子爐經(jīng)加熱后，熱原子蒸汽通過(guò)原子爐的準(zhǔn)直管?chē)姵鲂纬稍邮鳌?zhǔn)直管用于改善原子束的角分布，減少散射到真空室內(nèi)的無(wú)用原子，提高原子束的利用效率。在進(jìn)入與激光的相互作用區(qū)之前，需要準(zhǔn)直狹縫以減小原子束的發(fā)散。經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直狹縫后，原子進(jìn)入相互作用區(qū)與657nm鐘激光相互作用，然后進(jìn)入探測(cè)區(qū)與423nm激光相互作用，探測(cè)鐘躍遷譜線信號(hào)。此外，需要另一個(gè)探測(cè)區(qū)將423nm激光的頻率鎖定在原子能級(jí)上。

在原子爐加熱到一定溫度時(shí)，原子束流量的大小影響與激光相互作用的原子數(shù)目，從而決定鐘躍遷譜線信號(hào)的信噪比，影響光鐘的頻率穩(wěn)定度。原子束流的發(fā)散會(huì)引起多普勒增寬，影響鐘躍遷譜線的線寬和與激光相互作用原子的鐘躍遷幾率。熱原子束的準(zhǔn)直特性會(huì)影響原子的探測(cè)效率及原子的使用壽命，應(yīng)盡量減小原子束的發(fā)散角及偏轉(zhuǎn)角。

目前，一般通過(guò)優(yōu)化原子爐口準(zhǔn)直管的設(shè)計(jì)，提高原子束流量并降低原子束發(fā)散角。通過(guò)原子與激光相互作用的熒光信號(hào)對(duì)原子束流分布進(jìn)行評(píng)估。在實(shí)際工程應(yīng)用中，原子爐口準(zhǔn)直管的加工及裝配對(duì)原子束流偏轉(zhuǎn)角具有顯著影響，因此，亟需一種實(shí)際測(cè)量方法及裝置，對(duì)原子束流準(zhǔn)直特性進(jìn)行評(píng)估，以降低加工及裝配的影響，達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種鈣原子束光鐘的原子束流準(zhǔn)直特性的測(cè)量裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有一種較為完善的方案對(duì)原子束流準(zhǔn)直特性進(jìn)行評(píng)估，不能很好降低加工及裝配的影響以達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)的問(wèn)題。

本申請(qǐng)實(shí)施例采用下述技術(shù)方案：一種鈣原子束光鐘的原子束流準(zhǔn)直特性的測(cè)量裝置，包括物理真空系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，其中：

所述物理真空系統(tǒng)包括原子爐、原子束管、原子氣室、入射光窗及探測(cè)光窗；所述物理真空系統(tǒng)發(fā)射的原子與所述光學(xué)系統(tǒng)輸入的激光相互作用；

所述光學(xué)系統(tǒng)包括激光器、光學(xué)元器件及光電探測(cè)器；所述光學(xué)系統(tǒng)向物理真空系統(tǒng)輸出激光，并向所述電控系統(tǒng)輸出原子躍遷譜信號(hào)和熒光強(qiáng)度信號(hào)；

所述電控系統(tǒng)包括信號(hào)源、鎖相放大器、計(jì)算機(jī)和電動(dòng)位移平臺(tái)，所述信號(hào)源、鎖相放大器、計(jì)算機(jī)和電動(dòng)位移平臺(tái)依次電連接；所述電控系統(tǒng)向所述光學(xué)系統(tǒng)輸出激光入射位置控制信號(hào)、頻率鎖定信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述原子爐原子出射口設(shè)置原子束管，所述原子氣室包括依次設(shè)置在原子爐原子出射方向的第一氣室、狹縫區(qū)、第二氣室，所述入射光窗包括前入射窗、后入射窗，所述探測(cè)光窗包括前探測(cè)窗、后探測(cè)窗，所述前入射窗、前探測(cè)窗設(shè)置在第一氣室上，所述后入射窗、后探測(cè)窗設(shè)置在第二氣室上。