一種相干布居囚禁原子頻標(biāo)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及原子鐘領(lǐng)域，特別涉及一種相干布居囚禁原子頻標(biāo)。
【背景技術(shù)】
[0002]相干布居囚禁(英文Coherent Populat1n Trapping，簡(jiǎn)稱:CPT)原子頻標(biāo)原理是采用雙色相干激光激勵(lì)堿金屬蒸汽腔，當(dāng)雙色相干激光的頻率差值與堿金屬基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)頻率差時(shí)，原子被制備成CPT態(tài)而對(duì)光的吸收減弱，將呈現(xiàn)電磁感應(yīng)透明(英文:Electromagnetically Induced Transparency，簡(jiǎn)稱:EIT)現(xiàn)象，將此時(shí)產(chǎn)生的窄線寬電磁感應(yīng)透明譜線作為鑒頻信號(hào)去鎖定壓控晶振。
[0003]而隨著對(duì)于CPT原子頻標(biāo)的研究逐步?米入，如何進(jìn)一步提尚CPT原子頻標(biāo)的頻率穩(wěn)定度成為了目前的一個(gè)重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種相干布居囚禁原子頻標(biāo)。所述技術(shù)方案如下:
[0005]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種相干布居囚禁原子頻標(biāo)，包括壓控晶振、物理系統(tǒng)和伺服環(huán)路，所述物理系統(tǒng)包括:激光產(chǎn)生單元、光學(xué)器件、吸收泡和第一光電檢測(cè)單元，所述光學(xué)器件、吸收泡和第一光電檢測(cè)單元沿所述激光器產(chǎn)生單元的激光的發(fā)射方向依次設(shè)置，且所述光學(xué)器件、吸收泡和第一光電檢測(cè)單元均設(shè)置在所述激光的光路上，所述相干布居囚禁原子頻標(biāo)還包括:
[0006]閉環(huán)測(cè)試模塊，用于檢測(cè)所述相干布居囚禁原子頻標(biāo)的系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)間；
[0007]伺服環(huán)路，用于獲取所述閉環(huán)測(cè)試模塊測(cè)得的系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)間，計(jì)算所述系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)間的倒數(shù)得到系統(tǒng)閉環(huán)頻率，產(chǎn)生一路頻率等于所述系統(tǒng)閉環(huán)頻率的正整數(shù)倍的第一時(shí)序信號(hào)，采用所述第一時(shí)序信號(hào)作為同步鑒相時(shí)序控制信號(hào)進(jìn)行同步鑒相。
[0008]在本發(fā)明實(shí)施例的一種實(shí)現(xiàn)方式中，
[0009]所述物理系統(tǒng)還包括:光開(kāi)關(guān)、第一分光片和第二光電檢測(cè)單元，所述光開(kāi)關(guān)和所述第一分光片依次設(shè)置在所述光學(xué)器件和所述吸收泡之間，經(jīng)過(guò)所述分光片分出的兩束激光分別照射到所述吸收泡和所述第二光電檢測(cè)單元上；
[0010]所述閉環(huán)測(cè)試模塊包括:與運(yùn)算單元，用于獲取所述伺服環(huán)路產(chǎn)生的同步鑒相信號(hào)和所述第二光電檢測(cè)單元產(chǎn)生的第一光電檢測(cè)信號(hào)，將所述同步鑒相信號(hào)與所述第一光電檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行與運(yùn)算；
[0011]奇數(shù)級(jí)邏輯門(mén)陣列，用于接收并處理所述與運(yùn)算單元的輸出結(jié)果；
[0012]控制單元，用于采用所述奇數(shù)級(jí)邏輯門(mén)陣列的輸出信號(hào)控制所述光開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作；
[0013]檢測(cè)單元，用于檢測(cè)所述奇數(shù)級(jí)邏輯門(mén)陣列的輸出信號(hào)的頻率，獲得整機(jī)振蕩周期；
[0014]計(jì)算單元，用于根據(jù)所述整機(jī)振蕩周期及所述奇數(shù)級(jí)邏輯門(mén)陣列的振蕩周期，計(jì)算所述系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)間。
[0015]在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，
[0016]所述計(jì)算單元，具體用于:根據(jù)以下公式計(jì)算所述系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)間:At =(Tl-TO)/2 ；
[0017]其中，At為所述系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)間，Tl為所述整機(jī)振蕩周期，TO為所述奇數(shù)級(jí)邏輯門(mén)陣列的振蕩周期。
[0018]在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述激光產(chǎn)生單元包括:激光器、與所述激光器電連接的激光驅(qū)動(dòng)器和自穩(wěn)頻、與所述激光驅(qū)動(dòng)器電連接的恒流源和功率放大器，
[0019]所述相干布居囚禁原子頻標(biāo)還包括:
[0020]激光功率控制模塊，用于檢測(cè)所述激光器產(chǎn)生的激光的電流；根據(jù)所述激光功率控制模塊檢測(cè)到的電流控制所述功率放大器，使所述激光器產(chǎn)生的激光的功率向額定功率
A+-.、Γ-罪近。
[0021]在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述物理系統(tǒng)還包括:設(shè)置在所述光學(xué)器件和所述光開(kāi)關(guān)之間的第二分光片、正對(duì)所述第二分光片的反射光路設(shè)置的第三光電檢測(cè)單元;
[0022]所述激光功率控制模塊，具體用于:獲取所述系統(tǒng)閉環(huán)頻率，產(chǎn)生一路頻率等于所述系統(tǒng)閉環(huán)頻率的正整數(shù)倍的第二時(shí)序信號(hào)，采用所述第二時(shí)序信號(hào)對(duì)所述第三光電檢測(cè)單元產(chǎn)生的第三光電檢測(cè)信號(hào)的電流值進(jìn)行采樣；
[0023]比較采樣到的電流值與額定值的大小，當(dāng)所述采樣到的電流值小于所述額定值時(shí)，增大所述功率放大器的倍數(shù)，當(dāng)所述采樣到的電流值大于所述額定值時(shí)，減小所述功率放大器的倍數(shù)。
[0024]在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述伺服環(huán)路包括:
[0025]同步鑒相單元，用于根據(jù)所述第一光電檢測(cè)單元產(chǎn)生的第二光電檢測(cè)信號(hào)完成同步鑒相，得到糾偏信號(hào)；
[0026]處理單元，用于獲取所述系統(tǒng)閉環(huán)頻率，產(chǎn)生所述第一時(shí)序信號(hào)，采用所述第一時(shí)序信號(hào)控制所述同步鑒相單元進(jìn)行同步鑒相，所述第一時(shí)序信號(hào)的頻率為所述系統(tǒng)閉環(huán)頻率的4倍。
[0027]在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述伺服環(huán)路還包括:
[0028]相位移動(dòng)單元，用于對(duì)所述第一光電檢測(cè)單元產(chǎn)生的第二光電檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行相位移動(dòng)；
[0029]所述同步鑒相單元，用于采用經(jīng)過(guò)所述相位移動(dòng)模塊移動(dòng)后的第二光電檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行同步鑒相。
[0030]在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述同步鑒相單元，具體用于:
[0031]在所述第二光電檢測(cè)信號(hào)中高電平或低電平的持續(xù)時(shí)間t內(nèi)采集a個(gè)采樣點(diǎn)，完成同步鑒相，產(chǎn)生所述糾偏信號(hào)；
[0032]在NXt時(shí)間后輸出所述糾偏信號(hào)，所述a大于20小于50，所述N為大于O的奇數(shù)。
[0033]在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述同步鑒相單元，具體用于:
[0034]獲取所述糾偏信號(hào)的符號(hào)，采用下述公式計(jì)算當(dāng)前糾偏電壓:
[0035]V2 = Vl 土 Δ V，V2為所述當(dāng)前糾偏電壓，Vl為上一次輸出的糾偏電壓，Δν為預(yù)設(shè)的步進(jìn)電壓，當(dāng)所述糾偏信號(hào)的符號(hào)為正時(shí)，上述公式取負(fù)號(hào)，當(dāng)所述糾偏信號(hào)的符號(hào)為負(fù)時(shí)，上述公式取正號(hào)。
[0036]在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述伺服環(huán)路還包括:
[0037]漂移補(bǔ)償單元，用于獲取所述壓控晶振的老化漂移參數(shù)，根據(jù)所述老化漂移參數(shù)和所述壓控晶振的壓控斜率計(jì)算周期補(bǔ)償值，采用所述周期補(bǔ)償值周期性地對(duì)所述壓控晶振的輸出進(jìn)行補(bǔ)償。
[0038]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:
[0039]通過(guò)檢測(cè)CPT原子頻標(biāo)的系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)間，然后計(jì)算系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)間的倒數(shù)得到系統(tǒng)閉環(huán)頻率，產(chǎn)生一路頻率等于所述系統(tǒng)閉環(huán)頻率的正整數(shù)倍的第一時(shí)序信號(hào)，采用所述第一時(shí)序信號(hào)控制所述伺服環(huán)路進(jìn)行同步鑒相。在現(xiàn)有技術(shù)中的時(shí)序信號(hào)為一固定頻率的信號(hào)，如79Hz信號(hào)，所以對(duì)于不同的原子頻標(biāo)而言，糾偏的頻率可能過(guò)高或過(guò)低，從而影響了整機(jī)的穩(wěn)定度。而在本發(fā)明中，第一時(shí)序信號(hào)是根據(jù)系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)間產(chǎn)生的，系統(tǒng)在每個(gè)閉環(huán)周期(系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)間)內(nèi)糾偏固定次數(shù)，避免糾偏的頻率過(guò)高或過(guò)低，從而保證了 CPT原子頻標(biāo)整機(jī)的穩(wěn)定度。
【附圖說(shuō)明】
[0040]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0041]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種CPT原子頻標(biāo)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種CPT原子頻標(biāo)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0044]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種CPT原子頻標(biāo)的結(jié)構(gòu)示意圖，參見(jiàn)圖1，該CPT原子頻標(biāo)包括壓控晶振100、物理系統(tǒng)200和伺服環(huán)路300。圖2提供了一種CPT原子頻標(biāo)的局部結(jié)構(gòu)示意圖，物理系統(tǒng)200可以包括:激光產(chǎn)生單元201、光學(xué)器件202、吸收泡203和第一光電檢測(cè)單元204，光學(xué)器件202、吸收泡203和第一光電檢測(cè)單元204沿激光器211產(chǎn)生單元的激光的發(fā)射方向依次設(shè)置，且光學(xué)器件202、吸收泡203和第一光電檢測(cè)單元204均設(shè)置在激光的光路上。參見(jiàn)圖1，CPT原子頻標(biāo)還可以包括:
[0045]閉環(huán)測(cè)試模塊400，用于檢測(cè)CPT原子頻標(biāo)的系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)間；
[0046]伺服環(huán)路300，用于獲取閉環(huán)測(cè)試模塊400測(cè)得的系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)間，計(jì)算系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)間的倒數(shù)得到系統(tǒng)閉環(huán)頻率，產(chǎn)生一路頻率等于系統(tǒng)閉環(huán)頻率的正整數(shù)倍的第一時(shí)序信號(hào)，采用第一時(shí)序信號(hào)作為同步鑒相時(shí)序控制信號(hào)進(jìn)行同步鑒相。
[0047]本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)檢測(cè)CPT原子頻標(biāo)的系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)間，然后計(jì)算系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)間的倒數(shù)得到系統(tǒng)閉環(huán)頻率，產(chǎn)生一路頻率等于系統(tǒng)閉環(huán)頻率的正整數(shù)倍的第一時(shí)序信號(hào)，采用第一時(shí)序信號(hào)控制伺服環(huán)路進(jìn)行同步鑒相。在現(xiàn)有技術(shù)中