[發明專利]一種CPT原子鐘

在審

• 申請號: 202310294665.7
• 申請日: 2023-03-24
• 公開（公告）號: CN116300373A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 許文;田永和;曹輝;趙妍;劉長羽;管曉權;葉泂濤
• 申請（專利權）人: 浙江賽思電子科技有限公司
• 主分類號: G04F5/14
• 分類號: G04F5/14
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 史翠

本申請公開了一種CPT原子鐘，應用于原子頻標領域。該CPT原子鐘包括VCSEL、1/4λ波片、透鏡、光學腔，其中，VCSEL用于產生CPT原子鐘光抽運所需的激光；透鏡和光學腔設置于VCSEL和1/4λ波片之間；透鏡設置于靠近VCSEL的一側，透鏡用于將VCSEL射出的激光匯聚為高斯光；光學腔設置于靠近1/4λ波片的一側；光學腔的腔鏡的內表面包括反射鏡，用于調節激光信號中不同頻率的幅度以消除高階邊帶。即光學腔的反射鏡可用于調節光信號中不同頻率的幅度，消除高階邊帶，同時將載波和+1階(或?1階)邊帶衰減至相同幅度，用于和堿性原子相互作用發生相干布居囚禁效應，本方案能夠提高鑒頻信號的信噪比。

技術領域

本申請涉及原子頻標領域，特別是涉及一種CPT原子鐘。

背景技術

相干布居囚禁(Coherent?Population?Trapping，CPT)是利用激光與原子相互作用所產生的一種量子干涉現象，CPT原子鐘是基于該現象而實現的一種新型原子頻標，廣泛應用于各類時頻系統中。產生相干布居囚禁現象需要其中兩個邊帶激發，一般使用+1級邊帶與-1級邊帶、0級邊帶與+1級邊帶(或者0級邊帶與-1級邊帶)等兩種方式激發，兩種激發方式分別稱為全寬調制激發和半寬調制激發。目前，CPT原子鐘的物理結構主要包括：垂直表面腔發射激光器(Vertical?Cavity?Surface?Emitting?Laser，VCSEL)、衰減片、四分之一波長波片(1/4λ波片)、原子氣室組件、光電探測器、鎖頻電路。

但是，目前采用衰減片的方案，無論是半寬調制還是全寬調制激發方式，基頻(0級)和±1級中至少有一個頻率的激光不參與CPT效應，未參與原子反應的激光邊帶成為誤差信號噪底，從而導致光頻移現象，該現象是導致CPT誤差信號信噪比惡化的主要因素。因此，當前相位調制中產生的高階邊帶會導致CPT原子鐘鑒頻信號信噪比過低的現象。

由此可見，如何克服相位調制中產生的高階邊帶導致CPT原子鐘鑒頻信號信噪比過低的現象，是本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本申請的目的是提供一種CPT原子鐘，以克服相位調制中產生的高階邊帶導致CPT原子鐘鑒頻信號信噪比過低的現象。

為解決上述技術問題，本申請提供一種CPT原子鐘，包括：VCSEL、1/4λ波片、透鏡、光學腔；其中，所述VCSEL用于產生所述CPT原子鐘光抽運所需的激光；

所述透鏡和所述光學腔設置于所述VCSEL和所述1/4λ波片之間；所述透鏡設置于靠近所述VCSEL的一側，所述透鏡用于將VCSEL射出的發散光匯聚為高斯光；

所述光學腔設置于靠近所述1/4λ波片的一側；所述光學腔的腔體的內表面包括反射鏡，用于調節激光信號中不同頻率的幅度以消除不參與CPT效應的激光的噪聲。

優選地，所述光學腔的設計參數為根據所述CPT原子鐘的激光頻率和/或微波頻率進行調節。

優選地，所述設計參數包括以下至少一項：所述反射鏡的反射率、所述反射鏡的曲率半徑、所述光學腔的腔長。

優選地，所述1/4λ波片在工作時與激光的夾角為45°。

優選地，所述反射鏡為一對平凹鏡。

優選地，還包括：根據所述設計參數調節所述VCSEL射出的激光的腰斑位置及腰斑半徑以使所述VCSEL射出的激光與所述光學腔的腰斑位置及腰斑半徑一致。

優選地，通過調節所述透鏡的焦距以調節激光的腰斑位置及腰斑半徑。

優選地，所述光學腔的腔線寬大于發生CPT效應的兩激光的頻差，小于兩倍的所述頻差。

優選地，還包括：控制所述VCSEL根據鎖頻信號對輸出的激光進行實時糾頻以實現激光頻率穩定。

優選地，所述光學腔為法布里-珀羅腔。