一種cpt原子頻標(biāo)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及原子頻標(biāo)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種CPT原子頻標(biāo)。
【背景技術(shù)】
[0002]相干布局囚禁(Coherent Populat1n Trapping，簡(jiǎn)稱(chēng)“CPT”)原子頻標(biāo)采用雙色相干激光激勵(lì)吸收泡中的堿金屬蒸汽，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(Electromagnetically Induced Transparency，簡(jiǎn)稱(chēng) “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)去鎖定壓控晶體振蕩器(Voltage Controlled V talOszillator，簡(jiǎn)稱(chēng) “VCX0”)。
[0003]現(xiàn)有的CPT原子頻標(biāo)主要由電子線路和物理單元兩個(gè)部分構(gòu)成，電子線路包括伺服環(huán)路和VCX0。電子線路的作用是產(chǎn)生作用于激光器的攜帶有調(diào)制信息的微波探尋信號(hào)，電子線路還對(duì)物理單元輸出的攜帶鑒頻信息的光檢信號(hào)進(jìn)行同步鑒相產(chǎn)生同步鑒相信號(hào)作用在VCXO上。物理單元的作用是在微波探尋信號(hào)的作用下產(chǎn)生具有鑒頻特效的光檢信號(hào)。
[0004]在實(shí)際應(yīng)用中，由于CPT原子頻標(biāo)的物理系統(tǒng)中產(chǎn)生激光的功率穩(wěn)定性不足，會(huì)對(duì)CPT原子頻標(biāo)的工作的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的CPT原子頻標(biāo)的物理系統(tǒng)中產(chǎn)生激光的功率穩(wěn)定性不足的問(wèn)題，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種CPT原子頻標(biāo)。所述技術(shù)方案如下:
[0006]一方面，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種CPT原子頻標(biāo)，所述CPT原子頻標(biāo)包括:物理系統(tǒng)、伺服環(huán)路、以及壓控晶體振蕩器VCX0，所述VCXO與所述伺服環(huán)路電連接，
[0007]所述物理系統(tǒng)包括:激光產(chǎn)生單元、光學(xué)元件、吸收泡、以及第一光電檢測(cè)單元，所述光學(xué)元件、所述吸收泡、以及所述第一光電檢測(cè)單元沿所述激光產(chǎn)生單元的激光的發(fā)射方向依次設(shè)置，所述激光產(chǎn)生單元和所述第一光電檢測(cè)單元均與所述伺服環(huán)路電連接，
[0008]所述物理系統(tǒng)還包括:激光功率控制單元，所述激光功率控制單元包括:設(shè)置在所述激光產(chǎn)生單元和所述吸收泡之間的第一分光片、正對(duì)所述第一分光片的反射光路設(shè)置的第二光電檢測(cè)單元，所述第二光電檢測(cè)單元與所述伺服環(huán)路電連接。
[0009]具體地，所述激光產(chǎn)生單元包括:激光器、恒流源、以及激光驅(qū)動(dòng)器，所述激光驅(qū)動(dòng)器分別與所述激光器、所述恒流源、以及伺服環(huán)路電連接。
[0010]進(jìn)一步地，所述激光產(chǎn)生單元還包括:自穩(wěn)頻，所述自穩(wěn)頻與所述激光器電連接。
[0011]具體地，所述CPT原子頻標(biāo)還包括:閉環(huán)時(shí)間檢測(cè)單元，所述閉環(huán)時(shí)間檢測(cè)單元包括:與運(yùn)算單元、振蕩單元、振蕩頻率檢測(cè)單元、光隔離器、以及第三光電檢測(cè)單元，振蕩單元由奇數(shù)個(gè)非門(mén)串聯(lián)構(gòu)成且所述非門(mén)至少為I個(gè)，所述光隔離器設(shè)置在所述第一分光片和所述吸收泡之間，
[0012]所述與運(yùn)算單元分別與所述伺服環(huán)路和所述第三光電檢測(cè)單元電連接，所述振蕩單元分別與所述與運(yùn)算單元、所述光隔離器、以及所述振蕩頻率檢測(cè)單元電連接，所述振蕩頻率檢測(cè)單元還與所述伺服環(huán)路電連接，
[0013]所述物理系統(tǒng)還包括:第二分光片，所述第二分光片設(shè)置在所述光隔離器和所述吸收泡之間，所述第三光電檢測(cè)單元正對(duì)所述第二分光片的反射光路設(shè)置。
[0014]進(jìn)一步地，所述光隔離器為高速快門(mén)。
[0015]具體地，所述伺服環(huán)路包括:隔離放大器、倍頻器、直接數(shù)字式頻率合成器DDS、微波產(chǎn)生單元、功率放大器、以及處理單元，所述隔離放大器分別與所述VCXO、所述倍頻器、以及所述DDS電連接，所述微波產(chǎn)生單元分別與所述倍頻器、所述DDS、以及所述功率放大器電連接，所述功率放大器與所述激光產(chǎn)生單元電連接，所述處理單元分別與所述VCXO、所述隔離放大器、所述DDS、所述功率放大器、以及所述第一光電檢測(cè)單元電連接。
[0016]進(jìn)一步地，所述DDS為AD9854。
[0017]進(jìn)一步地，所述物理系統(tǒng)還包括:為所述吸收泡提供恒溫工作環(huán)境以及原子裂化用的磁場(chǎng)的控制單元。
[0018]進(jìn)一步地，所述光學(xué)元件為光柵。
[0019]進(jìn)一步地，所述吸收泡為銣87Rb原子吸收泡。
[0020]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:
[0021 ] 通過(guò)在現(xiàn)有的物理系統(tǒng)中添加激光功率控制單元，可以實(shí)現(xiàn)物理系統(tǒng)中的激光產(chǎn)生單元產(chǎn)生穩(wěn)定功率的激光。具體地，激光功率控制單元包括:設(shè)置在物理系統(tǒng)中的激光產(chǎn)生單元和吸收泡之間的第一分光片、正對(duì)第一分光片的反射光路設(shè)置的第二光電檢測(cè)單元，第二光電檢測(cè)單元可以實(shí)時(shí)檢測(cè)到激光產(chǎn)生單元產(chǎn)生的激光的光強(qiáng)信號(hào)。與第二光電檢測(cè)單元電連接的伺服環(huán)路，可以計(jì)算并存儲(chǔ)一段時(shí)間內(nèi)第二光電檢測(cè)單元所檢測(cè)到的激光的平均光強(qiáng)信號(hào)II，然后，伺服環(huán)路再實(shí)時(shí)獲取第二光電檢測(cè)單元檢測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)12，并對(duì)比12與II。當(dāng)12大于Il時(shí)，伺服環(huán)路減小輸入激光產(chǎn)生單元的信號(hào)功率，以減小激光產(chǎn)生單元產(chǎn)生的激光功率；當(dāng)12小于Il時(shí)，伺服環(huán)路增大輸入激光產(chǎn)生單元的信號(hào)功率，以增大激光產(chǎn)生單元產(chǎn)生的激光功率，進(jìn)而使得激光產(chǎn)生單元所產(chǎn)生的激光的功率處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。這樣，激光產(chǎn)生單元產(chǎn)生的激光功率的穩(wěn)定性增強(qiáng)，進(jìn)而減小對(duì)CPT原子頻標(biāo)工作的穩(wěn)定性的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0022]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(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實(shí)用新型的一些實(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。
[0023]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種CPT原子頻標(biāo)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種CPT原子頻標(biāo)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種激光產(chǎn)生單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種閉環(huán)時(shí)間檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種CPT原子頻標(biāo)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種振蕩單元輸出端輸出工作原理示意圖；
[0029]圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種伺服環(huán)路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種CPT原子頻標(biāo)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0032]實(shí)施例一
[0033]本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種CPT原子頻標(biāo)，參見(jiàn)圖1，該CPT原子頻標(biāo)包括:物理系統(tǒng)1、伺服環(huán)路2、以及VCX03，VCX03與伺服環(huán)路2電連接。
[0034]參見(jiàn)圖2，該物理系統(tǒng)I包括:激光產(chǎn)生單元11、光學(xué)元件12、吸收泡13、以及第一光電檢測(cè)單元14，光學(xué)元件12、吸收泡13、以及第一光電檢測(cè)單元14沿激光產(chǎn)生單元11的激光的發(fā)射方向(在附圖中粗虛線標(biāo)示的即為激光發(fā)射方向)依次設(shè)置，激光產(chǎn)生單元11和第一光電檢測(cè)單元14均與伺服環(huán)路2電連接。
[0035]該物理系統(tǒng)I還包括:激光功率控制單元15，該激光功率控制單元15包括:設(shè)置在激光產(chǎn)生單元11和吸收泡13之間的第一分光片151、正對(duì)第一分光片151的反射光路設(shè)置的第二光電檢測(cè)單元152，第二光電檢測(cè)單元152與伺服環(huán)路2電連接。
[0036]在本實(shí)施例中，激光產(chǎn)生單元11用于產(chǎn)生CPT原子頻標(biāo)所需的激光，光學(xué)元件12用于將激光產(chǎn)生單元11產(chǎn)生的激光形成雙色相干激光。VCX03可以提供標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的輸出。
[0037]在本實(shí)施例中，激光功率控制單元15用于控制激光產(chǎn)生單元11所產(chǎn)生的激光的功率，具體地，在CPT原子頻標(biāo)穩(wěn)定工作后，伺服環(huán)路2計(jì)算并存儲(chǔ)一段時(shí)間內(nèi)第二光電檢測(cè)單元152所檢測(cè)到的激光的平均光強(qiáng)信號(hào)II，然后，伺服環(huán)路2再實(shí)時(shí)獲取第二光電檢測(cè)單元152檢測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)12，并對(duì)比12與II，當(dāng)12大于Il時(shí)，伺服環(huán)路2減小輸入激光產(chǎn)生單元11的信號(hào)功率，以減小激光產(chǎn)生單元11產(chǎn)生的激光功率；當(dāng)12小于Il時(shí)，伺服環(huán)路2增大輸入激光產(chǎn)生單元11的信號(hào)功率，以增大激光產(chǎn)生單元11產(chǎn)生的激光功率，進(jìn)而使得激光產(chǎn)生單元11所產(chǎn)生的激光的功率處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，穩(wěn)定性增強(qiáng)。
[0038]進(jìn)一步地，進(jìn)一步地，光學(xué)元件12可以為光柵，以使透過(guò)光學(xué)元件12激光形成一對(duì)相干激光。
[0039]進(jìn)一步地，物理系統(tǒng)I還包括:為吸收泡13提供恒溫工作環(huán)境以及原子裂化用的磁場(chǎng)的控制單元16，以提高吸收泡13工作的精確度和穩(wěn)定性。
[0040]具體地，參見(jiàn)圖3，激光產(chǎn)生單元11包括:激光器111、恒流源112、以及激光驅(qū)動(dòng)器113，激光驅(qū)動(dòng)器113分別與激光器111、恒流源112、以及伺服環(huán)路2電連接。
[0041]在本實(shí)施例中，恒流源112提供穩(wěn)定的電流。激光驅(qū)動(dòng)器113用于接收伺服環(huán)路2產(chǎn)生的微波探詢(xún)信號(hào)，并對(duì)恒流源112提供的電流進(jìn)行調(diào)制后，驅(qū)動(dòng)激光器111發(fā)射激光。
[0042]進(jìn)一步地，激光產(chǎn)生單元11還包括:自穩(wěn)頻114，該自穩(wěn)頻114與激光器111電連接。
[0043]在本實(shí)施例中，由于激光器111工作的穩(wěn)定性不高，在添加自穩(wěn)頻114后，可以提高激光器111輸出激光頻率的穩(wěn)定性。自穩(wěn)頻114可以采用現(xiàn)有技術(shù)制備，這里不作詳細(xì)說(shuō)明。
[0044]具體地，參見(jiàn)圖4，CPT原子頻標(biāo)還包括:閉環(huán)時(shí)間檢測(cè)單元4，該閉環(huán)時(shí)間檢測(cè)單元4包括:與運(yùn)算單元41、振蕩單元42、振蕩頻率檢測(cè)單元43、光隔離器44、以及第三光電檢測(cè)單元45，振蕩單元42由奇數(shù)個(gè)非門(mén)串聯(lián)構(gòu)成且非門(mén)至少為I個(gè)，光隔離器44設(shè)置在第一分光片151和吸收泡13之間。
[0045]參見(jiàn)圖5，與運(yùn)算單元41分別與伺服環(huán)路2和第三光電檢測(cè)單元45電連接，振蕩單元42分別與與運(yùn)算單元41、光隔離器44、以及振蕩頻率檢測(cè)單元43電連接，振蕩頻率檢測(cè)單元43還與伺服環(huán)路2電連接。
[0046]物理系統(tǒng)I還包括:第二分光片46，該第二分光片46設(shè)置在光隔離器44和吸收泡13之間，第三光電檢測(cè)單元45正對(duì)第二分光片46的反射光路設(shè)置。
[0047]在本實(shí)施例中，振蕩頻率檢測(cè)單元43用于檢測(cè)振蕩單元42輸出端輸出信號(hào)的頻率。
[0048]在本實(shí)施例中，振蕩單元42由奇數(shù)個(gè)非門(mén)串聯(lián)構(gòu)成，會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。設(shè)非門(mén)的個(gè)數(shù)為N(大于O的奇數(shù))，每個(gè)非門(mén)電路的平均傳輸時(shí)延遲間為t，則振蕩單元42的振蕩周期為T(mén)0。參見(jiàn)圖6，假定輸入振蕩單元42的信號(hào)初態(tài)為‘ I’，即為圖6中的Al (I)，則經(jīng)過(guò)I個(gè)傳輸延遲t后變?yōu)椤?’，再經(jīng)過(guò)I個(gè)傳輸延遲t變?yōu)椤甀’，經(jīng)過(guò)奇數(shù)N個(gè)傳輸延遲Nt后，初態(tài)‘I’變?yōu)椤?’，即為圖6中的AN(O)。因此，可以得到:T0 = 2Nto
[0049]在振蕩單元42串入CPT原子頻標(biāo)中后，當(dāng)物理系統(tǒng)I中的光隔離器44是‘開(kāi)’狀態(tài)時(shí)，激光器11