本發(fā)明屬于量子頻標(biāo)領(lǐng)域，是一種新型的光抽運(yùn)小銫鐘光路系統(tǒng)及光抽運(yùn)小銫鐘。

背景技術(shù)：

1、小銫鐘是一種常用的守時(shí)型原子鐘，廣泛應(yīng)用在衛(wèi)星導(dǎo)航、高速通信以及電力同步等領(lǐng)域。常見的小銫鐘類型有磁選態(tài)-磁檢測小銫鐘、光抽運(yùn)-光檢測小銫鐘和磁選態(tài)-光檢測小銫鐘。后兩者是將激光技術(shù)引入到了小銫鐘當(dāng)中，利用光與原子的相互作用實(shí)現(xiàn)小銫鐘的功能，相比較前者來說，可以實(shí)現(xiàn)更好的性能。光抽運(yùn)-光檢測小銫鐘一般可簡稱為光抽運(yùn)小銫鐘，與磁選態(tài)-磁檢測小銫鐘的顯著差異就是在系統(tǒng)當(dāng)中增加了光學(xué)部分，即光抽運(yùn)小銫鐘光路。光抽運(yùn)小銫鐘光路的核心器件是激光器，激光器產(chǎn)生的激光通過光路的傳播，最終實(shí)現(xiàn)一束抽運(yùn)激光和一束檢測激光的輸出，使其進(jìn)入到銫束管當(dāng)中與銫原子發(fā)生相互作用。

2、光抽運(yùn)小銫鐘的光路有兩種：(1)使用兩臺激光器，分別產(chǎn)生抽運(yùn)激光和檢測激光，穩(wěn)頻方式可以采取飽和吸收譜穩(wěn)頻；(2)使用一臺激光器，產(chǎn)生其中一束激光，利用聲光調(diào)制器(aom)的移頻產(chǎn)生另一束激光，穩(wěn)頻方式可以采取束流熒光譜穩(wěn)頻。第二種光路結(jié)構(gòu)是目前的主流的光路結(jié)構(gòu)，束流熒光譜穩(wěn)頻的方式在小銫鐘當(dāng)中具有一定的優(yōu)勢。

3、但是這種光路設(shè)計(jì)也存在以下問題：

4、1、由于光抽運(yùn)小銫鐘的激光功率需要進(jìn)行良好的控制，光路當(dāng)中由激光器直接產(chǎn)生的一束激光的功率一般使用液晶相位延遲器配合偏振分光棱鏡或者偏振的方式來進(jìn)行調(diào)控，但是液晶相位延遲器對環(huán)境溫度較為敏感，從而影響光抽運(yùn)小銫鐘對激光功率的伺服效果；

5、2、光路當(dāng)中使用的aom的移頻頻段為250mhz，該移頻頻段的aom的衍射效率相對較低(約為30％～40％)，且所需射頻功率較大(1～2w)；

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有光路設(shè)計(jì)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種新型光抽運(yùn)小銫鐘光路系統(tǒng)及光抽運(yùn)小銫鐘。本發(fā)明的光路系統(tǒng)與原有光路相比，去掉了液晶相位延遲器，從而降低光路對環(huán)境溫度變化的敏感性；去掉了光路當(dāng)中的光隔離器和pbs等器件，避免了使用移頻頻段為250mhz的aom。本發(fā)明可以有效提升光路系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提升光路系統(tǒng)的可靠性。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案概括來講：

3、1、光路包括一臺激光器和兩臺移頻頻段為110mhz的aom以及若干反射鏡；

4、2、其中檢測激光產(chǎn)生于其一aom的+1級衍射光；

5、3、其中抽運(yùn)激光產(chǎn)生于另一aom的-1級衍射光；

6、4、兩個(gè)aom的移頻頻率相同，為激發(fā)態(tài)能級62p2/3的f’＝5能級與f’＝4能級之間的頻率差的一半(這對應(yīng)于光抽運(yùn)小銫鐘的普遍方案，其它情況下可根據(jù)所需激光的不同組合，分別調(diào)整兩個(gè)aom的移頻頻率實(shí)現(xiàn)本光路)；

7、5、檢測激光和抽運(yùn)激光的功率由兩臺aom的射頻功率進(jìn)行操控。

8、本發(fā)明的技術(shù)方案為：

9、一種新型的光抽運(yùn)小銫鐘光路系統(tǒng)，其特征在于，包括一臺激光器、兩個(gè)移頻頻段為110mhz的aom、若干反射鏡和激光收集器；

10、所述激光器是分布反饋式(dfb)或外腔式(ecdl)等的中心頻率為852nm的激光器，激光器輸出的激光直接輸入到第一aom當(dāng)中；

11、所述第一aom在射頻(rf)信號的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)對激光的正移頻。光路使用反射鏡將第一aom輸出的+1級衍射光反射進(jìn)入到銫束管當(dāng)中，將其用作檢測激光；第一aom輸出的0級光直接輸入到第二aom當(dāng)中；

12、所述第二aom的同樣rf信號的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)對激光的負(fù)移頻。光路使用反射鏡將第二aom輸出的-1級衍射光反射進(jìn)入到銫束管當(dāng)中，將其用作抽運(yùn)激光；第二aom輸出的0級光輸出至激光收集器；

13、所述激光收集器的作用是將第二aom輸出的0級光吸收，防止其發(fā)生反射返回激光器導(dǎo)致光反饋；

14、所述光路形成的檢測激光和抽運(yùn)激光的頻率分別對準(zhǔn)銫原子d2躍遷線中基態(tài)能級62s1/2的f＝4能級向激發(fā)態(tài)能級62p2/3的f’＝5能級的躍遷頻率(簡稱4-5躍遷線)，和基態(tài)能級62s1/2的f＝4能級向激發(fā)態(tài)能級62p2/3的f’＝4能級的躍遷頻率(簡稱4-4躍遷線)；在光抽運(yùn)小銫鐘正常運(yùn)行過程中，抽運(yùn)激光使用的是4-4線，用于將從銫爐當(dāng)中噴出的銫原子制備在基態(tài)能級62s1/2的f＝3能級上，檢測激光使用的是4-5線，用于檢測經(jīng)過微波腔之后的銫原子束流當(dāng)中處于基態(tài)能級62s1/2的f＝4能級上的銫原子的數(shù)目。

15、進(jìn)一步的，所述第一aom和第二aom的rf信號可以來自于統(tǒng)一射頻源，即第一aom和第二aom的移頻頻率相同，為銫原子d2躍遷線的4-5躍遷線和4-4躍遷線頻率間隔的一半，約為125.5mhz；第一aom和第二aom的rf信號的功率分別通過衰減器、功放進(jìn)行控制，由于aom的衍射效率直接受rf信號功率的影響，且響應(yīng)效率較快，所以控制第一aom和第二aom的rf信號的功率，分別對應(yīng)系統(tǒng)對檢測激光和抽運(yùn)激光功率的控制。

16、進(jìn)一步的，還包括第一熒光收集器和第二熒光收集器；所述第一熒光收集器用于接收檢測激光與銫原子束流相互作用產(chǎn)生的熒光形成第一熒光信號并將其輸入至光抽運(yùn)小銫鐘控制系統(tǒng)；所述第二熒光收集器用于接收抽運(yùn)激光與銫原子束流相互作用產(chǎn)生的熒光形成第二熒光信號并將其輸入至所述光抽運(yùn)小銫鐘控制系統(tǒng)；所述抽運(yùn)小銫鐘控制系統(tǒng)根據(jù)所述第一熒光信號光產(chǎn)生第一壓控信號并發(fā)送給所述第一衰減器，所述第一衰減器根據(jù)所述第一壓控信號控制輸入到所述第一aom的射頻信號的功率；所述抽運(yùn)小銫鐘控制系統(tǒng)根據(jù)所述第二熒光信號光產(chǎn)生第二壓控信號并發(fā)送給所述第二衰減器，所述第二衰減器根據(jù)所述第二壓控信號控制輸入到所述第二aom的射頻信號的功率。

17、進(jìn)一步的，還包括一熒光收集器和激光穩(wěn)頻模塊；所述熒光收集器用于接收檢測激光與銫原子束流相互作用產(chǎn)生的熒光形成熒光信號并將其輸入至所述激光穩(wěn)頻模塊；所述激光穩(wěn)頻模塊根據(jù)所述熒光信號產(chǎn)生穩(wěn)頻信號并發(fā)送給激光器的驅(qū)動(dòng)電路，控制所述激光器輸出的頻率穩(wěn)定在f0。

18、進(jìn)一步的，所述rf信號來自于電路當(dāng)中的射頻源，該射頻頻率通過頻率鎖相環(huán)鎖定在光抽運(yùn)小銫鐘的頻率基準(zhǔn)上。

19、本發(fā)明還提供一種光抽運(yùn)小銫鐘，其特征在于，包括上述的新型光抽運(yùn)小銫鐘光路系統(tǒng)。

20、相比于原有設(shè)計(jì)，本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：

21、1、檢測激光和抽運(yùn)激光的功率均可得到良好控制，且受環(huán)境影響較小，光路的功率穩(wěn)定性得到了有效提升；

22、2、檢測激光和抽運(yùn)激光都來自于aom的衍射光，不使用0級光，由于aom對衍射激光存在良好的隔離作用，則光路無需使用光隔離器；

23、3、第二aom輸出的0級光進(jìn)入到激光收集器，有效減少了光反饋對激光器性能的干擾；

24、4、光路系統(tǒng)簡單，復(fù)雜度低，所以激光的利用效率較高，激光器可以工作在較低功耗狀態(tài)。

技術(shù)特征：

1.一種新型光抽運(yùn)小銫鐘光路系統(tǒng)，其特征在于，包括一臺激光器、兩個(gè)aom、若干反射鏡和一個(gè)激光收集器；兩aom的移頻頻率均為激發(fā)態(tài)能級62p2/3的f’＝5能級與f’＝4能級之間的頻率差的一半；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型光抽運(yùn)小銫鐘光路系統(tǒng)，其特征在于，所述第一aom的射頻信號的功率依次通過第一衰減器、第一功放進(jìn)行控制后輸入到所述第一aom；所述第二aom的射頻信號的功率依次通過第二衰減器、第二功放進(jìn)行控制后輸入到所述第二aom。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型光抽運(yùn)小銫鐘光路系統(tǒng)，其特征在于，還包括第一熒光收集器和第二熒光收集器；所述第一熒光收集器用于接收檢測激光與銫原子束流相互作用產(chǎn)生的熒光形成第一熒光信號并將其輸入至光抽運(yùn)小銫鐘控制系統(tǒng)；所述第二熒光收集器用于接收抽運(yùn)激光與銫原子束流相互作用產(chǎn)生的熒光形成第二熒光信號并將其輸入至所述光抽運(yùn)小銫鐘控制系統(tǒng)；所述抽運(yùn)小銫鐘控制系統(tǒng)根據(jù)所述第一熒光信號光產(chǎn)生第一壓控信號并發(fā)送給所述第一衰減器，所述第一衰減器根據(jù)所述第一壓控信號控制輸入到所述第一aom的射頻信號的功率；所述抽運(yùn)小銫鐘控制系統(tǒng)根據(jù)所述第二熒光信號光產(chǎn)生第二壓控信號并發(fā)送給所述第二衰減器，所述第二衰減器根據(jù)所述第二壓控信號控制輸入到所述第二aom的射頻信號的功率。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型光抽運(yùn)小銫鐘光路系統(tǒng)，其特征在于，還包括一熒光收集器和激光穩(wěn)頻模塊；所述熒光收集器用于接收檢測激光與銫原子束流相互作用產(chǎn)生的熒光形成熒光信號并將其輸入至所述激光穩(wěn)頻模塊；所述激光穩(wěn)頻模塊根據(jù)所述熒光信號產(chǎn)生穩(wěn)頻信號并發(fā)送給激光器的驅(qū)動(dòng)電路，控制所述激光器輸出的頻率穩(wěn)定在f0。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型光抽運(yùn)小銫鐘光路系統(tǒng)，其特征在于，所述第一aom與所述第二aom的射頻信號來自于同一射頻源。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型光抽運(yùn)小銫鐘光路系統(tǒng)，其特征在于，所述射頻信號的射頻頻率通過頻率鎖相環(huán)鎖定在光抽運(yùn)小銫鐘的頻率基準(zhǔn)上。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型光抽運(yùn)小銫鐘光路系統(tǒng)，其特征在于，第一aom輸出的+1級衍射光頻率為f0+frf，第二aom輸出的-1級衍射光頻率為f0-frf；其中，frf為射頻信號的頻率，f0為所述激光器輸出的激光頻率。

8.一種光抽運(yùn)小銫鐘，其特征在于，包括如權(quán)利要求1所述的新型光抽運(yùn)小銫鐘光路系統(tǒng)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種新型光抽運(yùn)小銫鐘光路系統(tǒng)及光抽運(yùn)小銫鐘。本發(fā)明的光路系統(tǒng)包括一臺激光器、兩個(gè)AOM、若干反射鏡和一個(gè)激光收集器；兩AOM的移頻頻率均為能級6<supgt;2</supgt;P<subgt;2/3</subgt;的F’＝5與F’＝4之間頻率差的一半；激光器用于輸出頻率為852nm的激光到第一AOM中；第一AOM用于在射頻信號驅(qū)動(dòng)下對輸入激光進(jìn)行正移頻產(chǎn)生衍射，第一AOM輸出的+1級衍射光經(jīng)反射鏡反射進(jìn)入到銫束管中用作檢測激光，輸出的0級光直接輸入到第二AOM當(dāng)中；第二AOM用于在射頻信號驅(qū)動(dòng)下對輸入激光進(jìn)行負(fù)移頻產(chǎn)生衍射，輸出的?1級衍射光經(jīng)反射鏡反射進(jìn)入到銫束管中用作抽運(yùn)激光，輸出的0級光輸出至激光收集器。本發(fā)明有效提升光路系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：賀軒,楊仕鋒,王青,齊向暉,陳徐宗
受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆山拉姆齊光電科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/26