專利名稱：相干布局?jǐn)?shù)囚禁冷原子鐘的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種原子鐘裝置，尤其涉及以磁光阱中的冷原子為工作物質(zhì)的相干布局?jǐn)?shù)囚禁原子鐘(簡(jiǎn)稱CPT鐘)，適用于守時(shí)、授時(shí)、測(cè)距、導(dǎo)航、定位、通信的時(shí)間同步等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自從1949年世界上第一臺(tái)銫(Cs)原子鐘問(wèn)世以來(lái)，原子鐘的研究受到了極大的關(guān)注，各種原子鐘也逐步在天文、航空、航天、基礎(chǔ)科學(xué)研究等方面得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的原子鐘一般由原子樣品源、磁場(chǎng)、微波源、微波諧振腔、信號(hào)探測(cè)與鎖定電路組成。其工作原理可簡(jiǎn)述如下利用磁場(chǎng)將133Cs的基態(tài)62S1/2的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)(F＝3，4)進(jìn)行分離只容許特定能級(jí)的原子(如F＝3)進(jìn)入微波諧振腔，進(jìn)入諧振腔的原子與微波相互作用，當(dāng)微波的頻率與超精細(xì)能級(jí)共振時(shí)，銫原子從F＝3量子態(tài)躍遷到F＝4的量子態(tài)，然后把經(jīng)過(guò)微波激勵(lì)的原子利用磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)，再次分離檢測(cè)處在F＝4量子態(tài)的原子所占的比例，當(dāng)微波頻率與超精細(xì)共振頻率相等時(shí)，該比例最大，利用它可以作為誤差信號(hào)來(lái)對(duì)微波源進(jìn)行鎖頻，從而實(shí)現(xiàn)能跟蹤原子超精細(xì)共振頻率的高精度振蕩頻率。
近年來(lái)，隨著激光冷卻與囚禁原子技術(shù)的發(fā)展以及新物理原理的應(yīng)用，原子鐘技術(shù)發(fā)展十分迅速。人們一方面探索更精確的原子鐘，另一方面不斷尋求原子鐘小型化的新途徑。
美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)的原子鐘從NIST-1發(fā)展到NIST-7與NIST-F1，經(jīng)歷了8代，其中NIST-1到NIST-6基本上都是傳統(tǒng)的原子鐘。1993年，NIST-7投入運(yùn)營(yíng)，NIST-7還是基于傳統(tǒng)的原子鐘的原理，不同的是在進(jìn)入微波振蕩腔之前先用激光對(duì)銫原子進(jìn)行泵浦，使大量的原子預(yù)先處入同一原子狀態(tài)，然后磁場(chǎng)分離進(jìn)入微波振蕩腔，該方法的改進(jìn)極大地提高了信噪比，因而提高了原子鐘的精度。NIST-F1利用了激光進(jìn)行原子冷卻的方法以及原子噴泉技術(shù)制作的原子鐘，消除了原子運(yùn)動(dòng)而引起的多普勒效應(yīng)對(duì)原子鐘精度的影響，使原子鐘的精度進(jìn)一步提高。
第一臺(tái)原子鐘由于需要進(jìn)行原子束發(fā)射、聚焦、選態(tài)、激發(fā)與檢測(cè)，既要加熱，又要抽真空，還需要特別的磁場(chǎng)，因此設(shè)備龐大。在光泵浦原子鐘技術(shù)出現(xiàn)后，原子鐘才得到朝小型化發(fā)展的機(jī)會(huì)，特別是半導(dǎo)體激光出現(xiàn)以后，光泵浦銣(Rb)原子鐘中的光源與濾波器用頻率為ω的半導(dǎo)體激光器代替，通過(guò)選擇頻率為ω的光或激光器激勵(lì)銣蒸汽腔，由于泵浦作用，處在F＝1能級(jí)上的原子在很短時(shí)間內(nèi)耗盡，而在F＝2能級(jí)上的原子累積，這時(shí)蒸汽腔對(duì)光變成透明，當(dāng)在微波諧振腔內(nèi)注入微波而且與超精細(xì)能級(jí)共振時(shí)，在超精細(xì)能級(jí)之間產(chǎn)生躍遷，兩能級(jí)上的原子數(shù)分布發(fā)生改變，因而對(duì)通過(guò)蒸汽腔的光重新建立起吸收機(jī)制而產(chǎn)生吸收，利用透射的光信號(hào)作為誤差信號(hào)可以鎖定微波振蕩源形成原子鐘。相干布局?jǐn)?shù)囚禁(CPTCoherentPopulation Trapping)現(xiàn)象，是指用激光場(chǎng)可以使具有特定構(gòu)型的原子能級(jí)之間產(chǎn)生相干耦合，在基態(tài)兩個(gè)能態(tài)之間形成相干布局?jǐn)?shù)囚禁，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)反轉(zhuǎn)光放大或電磁誘導(dǎo)透明。相干布局?jǐn)?shù)囚禁現(xiàn)象已用于研制原小型化的原子鐘。相干布局?jǐn)?shù)囚禁原子鐘的原理是，兩種不同頻率的激光場(chǎng)與三能級(jí)原子體系作用，如果這兩個(gè)激光的頻率差等于原子兩個(gè)基態(tài)精細(xì)結(jié)構(gòu)之間間隔，且滿足雙光子共振條件，則基態(tài)的兩個(gè)子能級(jí)就被相干地耦合起來(lái)，子能級(jí)上的原子不再?gòu)膬蓚€(gè)激光場(chǎng)中吸收光子，不會(huì)被激發(fā)到激發(fā)態(tài)，即原子被囚禁在基態(tài)兩個(gè)子能級(jí)上。當(dāng)其中一束光的頻率在原子共振頻率附近掃描時(shí)，光在原子介質(zhì)中的透射強(qiáng)度呈現(xiàn)為電磁誘導(dǎo)透明信號(hào)。由于電磁誘導(dǎo)透明信號(hào)與激光頻率相對(duì)于原子躍遷頻率的失諧量有關(guān)，因此電磁誘導(dǎo)透明信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后可作為誤差信號(hào)來(lái)鎖定與聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)信號(hào)有關(guān)的本振信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)原子鐘環(huán)路。
在高精確原子鐘的發(fā)展方面，美國(guó)的NIST-F1冷原子噴泉鐘是目前國(guó)際上最精確的原子鐘，它采用了冷原子介質(zhì)，有效消除了短期穩(wěn)定度優(yōu)于1×10-15，但由于它是傳統(tǒng)的微波原子鐘，有微波腔結(jié)構(gòu)，并且采用原子噴泉技術(shù)，設(shè)備的體積十分龐大，高約2米多，只能適用于特殊的場(chǎng)合。而在原子鐘的小型化方面，基于相干布局?jǐn)?shù)囚禁原理的室溫氣泡原子鐘已有商品問(wèn)世，美國(guó)Kernco公司生產(chǎn)的常溫相干布局?jǐn)?shù)囚禁鐘的外形尺寸只有幾厘米見方，非常便于攜帶。但由于受到原子譜線Doppler加寬的限制，原子光譜的線寬Δv不夠理想，常溫相干布局?jǐn)?shù)囚禁鐘的穩(wěn)定度偏低，一般為10-11～10-12。
國(guó)際上現(xiàn)有的原子鐘裝置或其實(shí)現(xiàn)方案，有兩個(gè)特點(diǎn)。一是采用冷原子介質(zhì)的噴泉式微波原子鐘，這種方案可達(dá)到較高的穩(wěn)定度；二是選用無(wú)微波諧振腔的室溫氣泡型相干布局?jǐn)?shù)囚禁原子鐘，這種方案可以極大地縮小原子鐘的體積。穩(wěn)定度高的冷原子噴泉微波鐘往往具有龐大的體積，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于搬運(yùn)；而小型化的相干布局?jǐn)?shù)囚禁原子鐘，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但穩(wěn)定度不高，只能滿足較低穩(wěn)定度指標(biāo)的要求。目前還沒(méi)有既具有高穩(wěn)定度又可小型化的原子鐘的可行性方案。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種相干布局?jǐn)?shù)囚禁冷原子鐘，解決原子鐘的穩(wěn)定度和小型化不能兼顧的問(wèn)題，該原子鐘結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定度高，可小型化。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案整個(gè)裝置由真空泵、玻璃氣室、大功率半導(dǎo)體激光器、小功率半導(dǎo)體激光器、窄線寬半導(dǎo)體激光器、高頻聲光調(diào)制器、信號(hào)接收處理器、壓控晶體振蕩器和頻率綜合倍頻器構(gòu)成，真空泵與玻璃氣室相連，大功率半導(dǎo)體激光器與囚禁光束相連，小功率半導(dǎo)體激光器與再泵浦光束相連，窄線寬半導(dǎo)體激光器與高頻聲光調(diào)制器、耦合光束和探測(cè)光束相連。壓控晶體振蕩器與信號(hào)接收處理器和頻率綜合倍頻器相連。
由真空泵、玻璃氣室、樣品源、大功率半導(dǎo)體激光器、小功率半導(dǎo)體激光器、冷卻與囚禁光束、四分之一波片、再泵浦光束、CCD攝像機(jī)、磁場(chǎng)線圈對(duì)組成磁光阱系統(tǒng)。樣品源與真空泵和玻璃氣室相連，玻璃氣室與囚禁光束以及再泵浦光束相連，四分之一波片分別與6束囚禁光束相連。玻璃氣室、囚禁光束位于磁場(chǎng)線圈對(duì)之間。囚禁光束沿軸向穿過(guò)磁場(chǎng)線圈對(duì)，CCD攝像機(jī)位于玻璃氣室的一側(cè)的再泵浦光束和1束囚禁光之間。選用碰撞頻移較小的銣(Rb)原子樣品，且選擇豐度較高、基態(tài)精細(xì)結(jié)構(gòu)間隔較小(3.036GHz)的同位素85Rb，以利于提高信噪比、選配頻率較低的微波儀器和聲光調(diào)制器。選取磁光阱中制備的冷原子樣品為原子鐘的工作介質(zhì)，從本質(zhì)上提高原子鐘的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。
選用相干布局?jǐn)?shù)囚禁原子鐘方案，省去微波諧振腔結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步減小原子鐘的體積。由窄線寬半導(dǎo)體激光器、高頻聲光調(diào)制器、反射鏡、耦合光束、偏振分束棱鏡、透鏡、光電二極管、探測(cè)光束、信號(hào)接收處理器組成相干布局?jǐn)?shù)囚禁光學(xué)系統(tǒng)。玻璃氣室與耦合光束和探測(cè)光束相連，耦合光束依次通過(guò)反射鏡、偏振分束棱鏡、玻璃氣室、偏振分束棱鏡，玻璃氣室與探測(cè)光束相連，探測(cè)光束依次通過(guò)反射鏡、偏振分束棱鏡、玻璃氣室、偏振分束棱鏡、透鏡，并與光電二極管相連。探測(cè)光束與耦合光束在玻璃氣室中反向重合。
由信號(hào)接收處理器、壓控振蕩器、頻率綜合倍頻器、微波信號(hào)放大器組成原子鐘環(huán)路。穩(wěn)定后的晶體振蕩器信號(hào)由頻率標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出端輸出。信號(hào)接收處理器與光電二極管相連，頻率綜合倍頻器與微波信號(hào)放大器相連，高頻聲光調(diào)制器與波信號(hào)放大器相連。壓控晶體振蕩器與頻率標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出端相連。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)選用相干布局?jǐn)?shù)囚禁原子鐘方案，并用磁光阱中制備的冷原子介質(zhì)代替相干布局?jǐn)?shù)囚禁鐘通常所采用的熱原子，由于冷原子的熱運(yùn)動(dòng)速度小，冷原子光譜的一級(jí)和二級(jí)多譜勒加寬很小，有利于原子譜線的精密測(cè)量、實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定度原子鐘。
(2)由于沒(méi)有共振吸收的發(fā)生，相干布局?jǐn)?shù)囚禁方法可以極大地消除一階光頻移現(xiàn)象，從而提高原子鐘的準(zhǔn)確度。相干布局?jǐn)?shù)囚禁方法不需要微波信號(hào)直接作用于原子，省去了微波作用腔，使裝置的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。
(3)冷原子介質(zhì)的相干時(shí)間長(zhǎng)，有利實(shí)現(xiàn)相干布局?jǐn)?shù)囚禁。
(4)選取85Rb原子基態(tài)3.036GHz的躍遷信號(hào)作為鐘躍遷信號(hào)，并采用3.0GHz的聲光調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)相干布局?jǐn)?shù)囚禁激光對(duì)，可以選配頻率較低的微波儀器設(shè)備，在實(shí)驗(yàn)技術(shù)上容易實(shí)施。
(5)用玻璃氣室磁光阱構(gòu)成的相干布局?jǐn)?shù)囚禁冷原子鐘，既可以達(dá)到噴泉式冷原子微波鐘的精確度和穩(wěn)定度，又可以具備相干布局?jǐn)?shù)囚禁原子鐘小型化的優(yōu)點(diǎn)，有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為相干布局?jǐn)?shù)囚禁冷原子鐘的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為相干布局?jǐn)?shù)囚禁冷原子鐘所采用的銣原子的能級(jí)示意圖。
具體實(shí)施方案
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述真空泵1采用小型濺射離子泵，系統(tǒng)預(yù)抽時(shí)，離子泵前級(jí)還需依次連接波紋管、分子泵和機(jī)械泵。在離子泵和波紋管之間用全金屬角閥連接。系統(tǒng)預(yù)抽結(jié)束后，關(guān)閉角閥，拆除波紋管、分子泵和機(jī)械泵，只需運(yùn)行離子泵維持系統(tǒng)的超高真空(10-7Pa)狀態(tài)。
樣品源2在離子泵與主系統(tǒng)之間的連接可閥上燒結(jié)一個(gè)玻璃小泡，小泡內(nèi)封裝金屬銣，作為樣品源，小泡內(nèi)的銣蒸汽會(huì)緩慢供入主系統(tǒng)。
玻璃氣室3采用全玻璃光學(xué)窗片焊接組成的具有規(guī)則幾何形狀的玻璃氣室，一端經(jīng)可閥與樣品源、離子泵相連，其余側(cè)面透過(guò)多路激光束、安裝磁場(chǎng)線圈。
磁場(chǎng)線圈對(duì)4用漆包線繞制而成的一對(duì)反亥姆赫茲線圈，安裝在玻璃氣室的一對(duì)透光窗面上，通以大小相等、方向相反的電流。選擇合適的安匝比，使線圈對(duì)在玻璃氣室的中心附近沿線圈軸向產(chǎn)生15Gauss/cm左右的磁場(chǎng)梯度。
大功率半導(dǎo)體激光器5一般選用TOPTICA公司的DL100型激光器或其它性能相當(dāng)?shù)募す馄?，輸出激光功?0mW以上、波長(zhǎng)調(diào)諧在780.24nm，線性偏振，用來(lái)提供冷卻原子、組成磁光阱的囚禁光。
冷卻與囚禁光束6將大功率半導(dǎo)體激光器5輸出的光，先擴(kuò)束，再分成強(qiáng)度相等的6束光6a、6b、6c、6d、6e和6f，每束光的功率為10mW左右，組成相向傳播的3對(duì)光束6a-6b、6c-6d、6e-6f，其中6a-6b、6c-6d光束對(duì)沿水平方向，6e-6f沿垂直方向(垂直紙面的方向，沒(méi)有在圖中標(biāo)出)，3對(duì)光束兩兩垂直，在玻璃氣室內(nèi)、磁場(chǎng)的中心交叉。
四分之一波片7波長(zhǎng)為780nm，共6片，包括7a、7b、7c、7d、7e和7f，分別放置在玻璃氣室附近光束6a、6b、6c、6d、6e和6f的入射處(四分之一波片6e和6f在垂直方向，沒(méi)有在圖中標(biāo)出)，讓光束從四分之一波片的中心垂直通過(guò)，調(diào)節(jié)四分之一波片的光軸與光束的偏振方向的夾角，使四分之一波片7a、7c、7e的光軸分別與光束6a、6c、6e的偏振方向成順時(shí)針45°角，使四分之一波片7b、7d、7f的光軸分別與光束6b、6d、6f的偏振方向成逆時(shí)針45°角。
小功率半導(dǎo)體激光器8一般選用TOPTICA公司的DL100型激光器或其它性能相當(dāng)?shù)募す馄?，輸出激光功?0mW以上、波長(zhǎng)調(diào)諧在780.24nm，線性偏振，用來(lái)提供再泵浦光束。
再泵浦光束9將小功率半導(dǎo)體激光器8輸出的光，先擴(kuò)束，再讓光束沿合適的角度通過(guò)玻璃氣室，與囚禁光束的交叉點(diǎn)交疊。
CCD攝像機(jī)10采用普通的監(jiān)視用CCD攝像機(jī)，與監(jiān)視器配合使用，用于監(jiān)視磁光阱中囚禁的冷原子團(tuán)的熒光信號(hào)。小型化時(shí)，CCD攝像機(jī)可以省去。
窄線寬半導(dǎo)體激光器11選用TOPTICA公司的DL100型激光器或其它性能相當(dāng)?shù)募す馄?，輸出激光功?5mW以上、波長(zhǎng)調(diào)諧在795nm，線性偏振，用來(lái)提供相干布局?jǐn)?shù)囚禁的耦合光和探測(cè)光。
高頻聲光調(diào)制器12選用BRIMROSE公司的高頻聲光調(diào)制器或其它性能相當(dāng)?shù)母哳l聲光調(diào)制器，中心頻率為3.0GHz，調(diào)諧范圍±100MHz。
反射鏡13鍍780nm、45°入射全反射膜，包括13a、13b和13c三個(gè)。
耦合光束14為窄線寬半導(dǎo)體激光器11輸出的光束，經(jīng)高頻聲光調(diào)制器12后的0級(jí)光，功率為10mW，水平偏振，用反射鏡13a反射后照射磁光阱中的冷原子團(tuán)。
偏振分束棱鏡15的消光比為1000∶1，透光面鍍780nm增透膜，共需兩個(gè)15a、15b。
透鏡16為一般光學(xué)透鏡，最好鍍780nm增透膜。
光電二極管17選用一般的大面積、高增益光電二極管。
探測(cè)光束18為窄線寬半導(dǎo)體激光器11輸出的光束經(jīng)高頻聲光調(diào)制器12后的-1級(jí)光，光束直徑限為1mm左右，功率為1μW，豎直偏振，用反射鏡13b和13c反射后穿過(guò)磁光阱中的冷原子團(tuán)，經(jīng)偏振分束棱鏡15b與耦合光束14相向傳播，并完全包含于耦合光束14中，在玻璃氣室的另一側(cè)經(jīng)偏振分束棱鏡15a與耦合光束14分離后，經(jīng)透鏡16聚焦到光電二極管17上。
信號(hào)接收處理器19將光電二極管17接收到的光電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行微分處理，可用簡(jiǎn)單的鎖相放大電路來(lái)完成。
壓控晶體振蕩器20為商品高穩(wěn)定度壓控晶體振蕩器，頻率為10MHz或5MHz，短期穩(wěn)定度優(yōu)于1×10-11。
頻率綜合倍頻器21為通用型頻率綜合器，將壓控晶體振蕩器20輸出的10MHz或5MHz的正弦信號(hào)，轉(zhuǎn)換為3036MHz。
微波信號(hào)放大器22為通用型微波信號(hào)放大器，將頻率綜合倍頻器21輸出的3036MHz的微波信號(hào)進(jìn)行功率放大，以輸出700～1000mW的信號(hào)，用以驅(qū)動(dòng)高頻聲光調(diào)制器12。
頻率標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出端23為標(biāo)準(zhǔn)的SMA接口，用以輸出穩(wěn)定后的壓控晶體振蕩器的頻率信號(hào)。
根據(jù)圖1所示，真空泵1、樣品源2、玻璃氣室3、磁場(chǎng)線圈對(duì)4、大功率半導(dǎo)體激光器5、冷卻與囚禁光束6、四分之一波片7、小功率半導(dǎo)體激光器8、再泵浦光束9以及CCD攝像機(jī)10組成磁光阱系統(tǒng)，主要為相干布局?jǐn)?shù)囚禁冷原子鐘制備冷原子樣品。根據(jù)圖2所示，冷卻與囚禁光6的頻率ωT調(diào)諧在85Rb原子D2線躍遷5S1/2，F(xiàn)＝3→5P3/2，F(xiàn)′＝4附近，并且比原子躍遷頻率小12MHz左右。再泵浦光束9的頻率ωR調(diào)諧在85Rb原子D2線躍遷5S1/2，F(xiàn)＝2→5P3/2，F(xiàn)′＝3附近。當(dāng)系統(tǒng)的真空度優(yōu)于5×10-7pa時(shí)，調(diào)節(jié)好光路和磁場(chǎng)，即可以實(shí)現(xiàn)85Rb原子的冷卻和囚禁，用CCD攝像機(jī)10可實(shí)時(shí)監(jiān)視冷原團(tuán)的形成。
根據(jù)圖1所示，窄線寬半導(dǎo)體激光器11、高頻聲光調(diào)制器12、反射鏡13、耦合光束14、偏振分束棱鏡15、透鏡16、光電二極管17、探測(cè)光束18以及信號(hào)接收處理器19組成相干布局?jǐn)?shù)囚禁的光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)圖2所示，耦合光14的頻率ωc調(diào)諧在85Rb原子D1線躍遷5S1/2，F(xiàn)＝3→5P1/2，F(xiàn)′＝3上，相應(yīng)的探測(cè)光18的頻率ωp調(diào)諧在85Rb原子D1線躍遷5S1/2，F(xiàn)＝2→5P1/2，F(xiàn)′＝3上。在磁光阱系統(tǒng)中制備好冷原子后，就可以實(shí)現(xiàn)冷原子的相干布局?jǐn)?shù)囚禁。
信號(hào)接收處理器19、壓控晶體振蕩器20、頻率綜合倍頻器21、微波信號(hào)放大器22、高頻聲光調(diào)制器12以及頻率標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出端23構(gòu)成相干布局?jǐn)?shù)囚禁冷原子鐘的閉環(huán)回路。壓控晶體振蕩器20產(chǎn)生的本振信號(hào)，經(jīng)頻率綜合倍頻器21合成為3.036GHz的微波信號(hào)，再經(jīng)微波信號(hào)放大器22放大后驅(qū)動(dòng)高頻聲光調(diào)制器12。窄線寬半導(dǎo)體激光器11產(chǎn)生的795nm的激光束經(jīng)過(guò)高頻聲光調(diào)制器12的0級(jí)光作為相干布局?jǐn)?shù)囚禁耦合光14，-1級(jí)衍射光作為相干布局?jǐn)?shù)囚禁探測(cè)光18，二者頻率相差為3.036GHz，正好等于85Rb基態(tài)超精細(xì)能級(jí)的間隔。鎖定激光的頻率，同時(shí)記錄探測(cè)光18在原子介質(zhì)中的吸收信號(hào)，當(dāng)微波頻率在3.036GHz附近時(shí)掃描，由于相干布局?jǐn)?shù)囚禁效應(yīng)，探測(cè)光18的吸收光譜會(huì)在微波頻率與原子基態(tài)躍遷共振時(shí)出現(xiàn)電磁誘導(dǎo)透明。電磁誘導(dǎo)透明信號(hào)經(jīng)過(guò)處理可以作為誤差信號(hào)來(lái)鎖定壓控晶體振蕩器20的本振信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)相干布局?jǐn)?shù)囚禁原子鐘信號(hào)的閉環(huán)鎖定。
以上技術(shù)方案可實(shí)現(xiàn)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定度高、小型化的原子鐘，具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求1.一種相干布局?jǐn)?shù)囚禁冷原子鐘，它由真空泵(1)、樣品源(2)、玻璃氣室(3)、大功率半導(dǎo)體激光器(5)、小功率半導(dǎo)體激光器(8)、窄線寬半導(dǎo)體激光器(11)、高頻聲光調(diào)制器(12)、信號(hào)接收處理器(19)、壓控晶體振蕩器(20)和頻率綜合倍頻器(21)構(gòu)成，其特征是真空泵(1)與玻璃氣室(3)相連，大功率半導(dǎo)體激光器(5)與囚禁光束(6a)、(6b)、(6c)、(6d)、(6e)、(6f)相連，小功率半導(dǎo)體激光器(8)與再泵浦光束(9)相連，窄線寬半導(dǎo)體激光器(11)與高頻聲光調(diào)制器(12)、耦合光束(14)和探測(cè)光束(18)相連，壓控晶體振蕩器(20)與信號(hào)接收處理器(19)和頻率綜合倍頻器(21)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相干布局?jǐn)?shù)囚禁冷原子鐘，其特征是樣品源(2)與真空泵(1)和玻璃氣室(3)相連，玻璃氣室(3)與囚禁光束(6a)、(6b)、(6c)、(6d)、(6e)、(6f)及再泵浦光束(9)相連，四分之一波片(7a)、(7b)、(7c)、(7d)、(7e)、(7f)分別與囚禁光束(6a)、(6b)、(6c)、(6d)、(6e)、(6f)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相干布局?jǐn)?shù)囚禁冷原子鐘，其特征是玻璃氣室(3)、囚禁光束(6a)、(6b)、6c)、(6d)位于磁場(chǎng)線圈對(duì)(4)之間，囚禁光束(6e)、(6f)沿軸向穿過(guò)磁場(chǎng)線圈對(duì)(4)，CCD攝像機(jī)(10)位于玻璃氣室(3)的一側(cè)，CCD攝像機(jī)(10)位于囚禁光束(6b)和再泵浦光束(9)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相干布局?jǐn)?shù)囚禁冷原子鐘，其特征是玻璃氣室(3)與耦合光束(14)和探測(cè)光束(18)相連，耦合光束(14)依次通過(guò)反射鏡(13a)、偏振分束棱鏡(15a)、玻璃氣室(3)、偏振分束棱鏡(15b)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相干布局?jǐn)?shù)囚禁冷原子鐘，其特征是玻璃氣室(3)與探測(cè)光束(18)相連，探測(cè)光束(18)依次通過(guò)反射鏡(13b)、(13c)、偏振分束棱鏡(15b)、玻璃氣室(3)、偏振分束棱鏡(15a)、透鏡(16)，并與光電二極管(17)相連，探測(cè)光束(18)與耦合光束(14)在玻璃氣室(3)內(nèi)反向傳播并完全重合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相干布局?jǐn)?shù)囚禁冷原子鐘，其特征是信號(hào)接收處理器(19)與光電二極管(17)相連，頻率綜合倍頻器(21)與微波信號(hào)放大器(22)相連，高頻聲光調(diào)制器(12)與波信號(hào)放大器(22)相連，壓控晶體振蕩器(20)與頻率標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出端(23)相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種相干布局?jǐn)?shù)囚禁冷原子鐘，它由真空泵、玻璃氣室、大功率半導(dǎo)體激光器、小功率半導(dǎo)體激光器、窄線寬半導(dǎo)體激光器、高頻聲光調(diào)制器、信號(hào)接收處理器、壓控晶體振蕩器和頻率綜合倍頻器構(gòu)成，真空泵與玻璃氣室相連，大功率半導(dǎo)體激光器與囚禁光束相連，小功率半導(dǎo)體激光器與再泵浦光束相連，窄線寬半導(dǎo)體激光器分別與高頻聲光調(diào)制器、耦合光束和探測(cè)光束相連，壓控晶體振蕩器分別與信號(hào)接收處理器和頻率綜合倍頻器相連。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提高了原子鐘的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，可小型化、商品化。
文檔編號(hào)G04F5/14GK2757187SQ200420111238
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2004年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月5日
發(fā)明者王謹(jǐn), 涂鮮花, 孔令波, 江開軍, 李可, 仲嘉琪, 徐炳明, 全威, 劉紅平, 呂寶龍, 詹明生 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所