1激勵(lì)的光通過光隔離器44后直接進(jìn)入吸收泡13中，完成量子鑒頻，產(chǎn)生光檢信號。光檢信號經(jīng)伺服環(huán)路2處理后，一方面用于同步鑒相；另一方面通過與運(yùn)算單元41，送入振蕩單元42中。因?yàn)楣飧綦x器44是‘開’狀態(tài)，激光器111激勵(lì)光能夠透過吸收泡13，故此時(shí)刻經(jīng)伺服環(huán)路2產(chǎn)生送入與運(yùn)算單元41中的信號為高電平‘1’，而且第三光電檢測單元45也能接收到激光，第三光電檢測單元45也向運(yùn)算單元41中送入高電平‘ I’，與運(yùn)算單元41收到兩個(gè)高電平后，向振蕩單元42送入高電平‘I’。而振蕩單元42由奇數(shù)個(gè)非門構(gòu)成，因此送入振蕩單元42中的信號經(jīng)過奇數(shù)個(gè)非門后變成低電平‘0’，輸出信號再次作用于物理系統(tǒng)I中的光隔離器44，使其為‘關(guān)’狀態(tài)。
[0050]當(dāng)光隔離器44為‘關(guān)’狀態(tài)時(shí)，吸收泡13和第三光電檢測單元45均不能接收到激光，故此時(shí)刻經(jīng)伺服環(huán)路2產(chǎn)生送入與運(yùn)算單元41中的信號為低電平“O”，第三光電檢測單元45送入與運(yùn)算單元41中的信號也為低電平“0”，與運(yùn)算單元41收到兩個(gè)低電平后，向振蕩單元42送入低電平‘O’。低電平‘0’經(jīng)過向振蕩單元42變?yōu)楦唠娖健?”，作用在光隔離器44，使其為‘開’狀態(tài)。
[0051]依次循環(huán)，在向振蕩單元42的輸出端會(huì)出現(xiàn)…、‘0’的變化，通過向振蕩單元42的輸出端的振蕩頻率檢測單元43進(jìn)行頻率信號檢測，即可得出原子頻標(biāo)的振蕩周期Tl。而根據(jù)上述公式TO = 2Nt相同的道理，可以推導(dǎo)出該原子頻標(biāo)的振蕩周期Tl可以表示為:Tl = 2(Nt+At)，其中At為CPT原子頻標(biāo)的閉環(huán)時(shí)間。
[0052]故通過公式TO= 2Nt 和 Tl = 2 (Nt+At)，可推導(dǎo)得出:At = (Τ1_Τ0)/2。
[0053]進(jìn)一步地，光隔離器44可以為高速快門，以增加光隔離器44的反應(yīng)速度。
[0054]具體地，參見圖7和圖8，伺服環(huán)路2包括:隔離放大器21、倍頻器22、直接數(shù)字式頻率合成器(Direct Digital Synthesizer，簡稱“DDS”)23、微波產(chǎn)生單元24、功率放大器25、以及處理單元26，隔離放大器21分別與VCX03、倍頻器22、以及DDS23電連接，微波產(chǎn)生單元24分別與倍頻器22、DDS23、以及功率放大器25電連接，功率放大器25與激光產(chǎn)生單元11電連接，處理單元26分別與VCX03、隔離放大器21、DDS23、功率放大器25、以及第一光電檢測單元14電連接。
[0055]在本實(shí)施例中，隔離放大器21可以實(shí)現(xiàn)VCX03的輸入信號和各路輸出信號的隔離分配，其中，各路輸出信號包括向外部提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號；微波產(chǎn)生單元24將倍頻器22輸入的信號進(jìn)行多次(例如:7次)倍頻率處理后，與DDS23輸入的信號進(jìn)行混頻，得到微波探詢信號；處理單元26調(diào)整整個(gè)CPT原子頻標(biāo)的時(shí)序控制工作，包括接收到第一光電檢測單元14輸出的光檢信號后，控制VCX03和DDS23的輸出頻率。
[0056]在本實(shí)施例中，倍頻器22可以提供6次倍頻率處理。
[0057]進(jìn)一步地，DDS23可以為 AD9854。
[0058]進(jìn)一步地，吸收泡13可以為銣87Rb原子吸收泡。
[0059]在本實(shí)施例中，銣(87Rb)原子O — O躍迀頻率為6.834X X X XGHz，吸收泡13可以為CPT原子頻標(biāo)提供一個(gè)大小為6.834XXX XGHz的基準(zhǔn)頻率。根據(jù)CPT原子頻標(biāo)的工作原理，當(dāng)物理系統(tǒng)I中產(chǎn)生的兩束相干激光光束的頻率差值與銣(87Rb)原子O — O躍迀頻率相等，且滿足共振條件時(shí)，將呈現(xiàn)電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象，透射出的電磁誘導(dǎo)透明信號經(jīng)過處理后可以作為糾偏信號，用于控制VCX03的輸出信號的頻率，以將VCX03的輸出信號的頻率與基準(zhǔn)頻率相鎖定。
[0060]下面簡要介紹一下該CPT原子頻標(biāo)穩(wěn)定物理系統(tǒng)I中產(chǎn)生的激光的頻率過程。
[0061]首先，激光驅(qū)動(dòng)器113驅(qū)動(dòng)激光器111產(chǎn)生激光光束，該激光光束通過光學(xué)元件12產(chǎn)生一對相干激光光束，該相干激光光束通過第一分光片151后，一部分反射到第二光電檢測單元152中，第二光電檢測單元152檢測接收到的激光的光強(qiáng)信號并傳輸至伺服環(huán)路2中的處理單元26。
[0062]然后，當(dāng)CPT原子頻標(biāo)開機(jī)并工作穩(wěn)定后，處理單元26儲(chǔ)存一段時(shí)間(例如:10分鐘)內(nèi)第二光電檢測單元152檢測的激光光強(qiáng)信號，并計(jì)算其平均值II。
[0063]最后，處理單元26將第二光電檢測單元152實(shí)時(shí)獲取的激光光強(qiáng)信號12與Il進(jìn)行對比。當(dāng)12大于Il時(shí)，處理單元26減小功率放大器25的功率放大倍數(shù)，以減小輸入激光驅(qū)動(dòng)器113中的信號功率，進(jìn)而減小激光器111產(chǎn)生的激光的功率；當(dāng)12小于Il時(shí)，處理單元26增大功率放大器25的功率放大倍數(shù)，以增大輸入激光驅(qū)動(dòng)器113中的信號功率，進(jìn)而增大激光器111產(chǎn)生的激光的功率。這樣激光器111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)。
[0064]此外，在由閉環(huán)時(shí)間檢測單元4測出該CPT原子頻標(biāo)的閉環(huán)時(shí)間后，處理單元26計(jì)算出CPT原子頻標(biāo)的閉環(huán)頻率W，并可以以2W的頻率對第二光電檢測單元152實(shí)時(shí)獲取的激光光強(qiáng)信號12進(jìn)行比較。
[0065]本實(shí)用新型實(shí)施例通過在現(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、正對第一分光片的反射光路設(shè)置的第二光電檢測單元，第二光電檢測單元可以實(shí)時(shí)檢測到激光產(chǎn)生單元產(chǎn)生的激光的光強(qiáng)信號。與第二光電檢測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)第二光電檢測單元所檢測到的激光的平均光強(qiáng)信號II，然后，伺服環(huán)路再實(shí)時(shí)獲取第二光電檢測單元檢測到的光強(qiáng)信號12，并對比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CPT原子頻標(biāo)工作的穩(wěn)定性的影響。
[0066]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種相干布局囚禁CPT原子頻標(biāo)，所述CPT原子頻標(biāo)包括:物理系統(tǒng)(1)、伺服環(huán)路(2)、以及壓控晶體振蕩器VCXO (3)，所述VCXO (3)與所述伺服環(huán)路(2)電連接， 所述物理系統(tǒng)(I)包括:激光產(chǎn)生單元(11)、光學(xué)元件(12)、吸收泡(13)、以及第一光電檢測單元(14)，所述光學(xué)元件(12)、所述吸收泡(13)、以及所述第一光電檢測單元(14)沿所述激光產(chǎn)生單元(11)的激光的發(fā)射方向依次設(shè)置，所述激光產(chǎn)生單元(11)和所述第一光電檢測單元(14)均與所述伺服環(huán)路(2)電連接， 其特征在于，所述物理系統(tǒng)(I)還包括:激光功率控制單元(15)，所述激光功率控制單元(15)包括:設(shè)置在所述激光產(chǎn)生單元(11)和所述吸收泡(13)之間的第一分光片(151)、正對所述第一分光片(151)的反射光路設(shè)置的第二光電檢測單元(152)，所述第二光電檢測單元(152)與所述伺服環(huán)路(2)電連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CPT原子頻標(biāo)，其特征在于，所述激光產(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)，所述激光驅(qū)動(dòng)器(113)分別與所述激光器(111)、所述恒流源(112 )、以及伺服環(huán)路(2 )電連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CPT原子頻標(biāo)，其特征在于，所述激光產(chǎn)生單元(11)還包括:自穩(wěn)頻(114)，所述自穩(wěn)頻(114)與所述激光器(111)電連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CPT原子頻標(biāo)，其特征在于，所述CPT原子頻標(biāo)還包括:閉環(huán)時(shí)間檢測單元(4)，所述閉環(huán)時(shí)間檢測單元(4)包括:與運(yùn)算單元(41)、振蕩單元(42)、振蕩頻率檢測單元(43)、光隔離器(44)、以及第三光電檢測單元(45)，振蕩單元(42)由奇數(shù)個(gè)非門串聯(lián)構(gòu)成且所述非門至少為I個(gè)，所述光隔離器(44)設(shè)置在所述第一分光片(151)和所述吸收泡(13)之間， 所述與運(yùn)算單元(41)分別與所述伺服環(huán)路(2 )和所述第三光電檢測單元(45 )電連接，所述振蕩單元(42)分別與所述與運(yùn)算單元(41)、所述光隔離器(44)、以及所述振蕩頻率檢測單元(43)電連接，所述振蕩頻率檢測單元(43)還與所述伺服環(huán)路(2)電連接， 所述物理系統(tǒng)(I)還包括:第二分光片(46)，所述第二分光片(46)設(shè)置在所述光隔離器(44 )和所述吸收泡(13 )之間，所述第三光電檢測單元(45 )正對所述第二分光片(46 )的反射光路設(shè)置。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CPT原子頻標(biāo)，其特征在于，所述光隔離器(44)為高速快門。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CPT原子頻標(biāo)，其特征在于，所述伺服環(huán)路(2)包括:隔離放大器(21)、倍頻器(22)、直接數(shù)字式頻率合成器DDS (23)、微波產(chǎn)生單元(24)、功率放大器(25)、以及處理單元(26)，所述隔離放大器(21)分別與所述VCXO (3)、所述倍頻器(22)、以及所述DDS (23)電連接，所述微波產(chǎn)生單元(24)分別與所述倍頻器(22)、所述DDS (23)、以及所述功率放大器(25 )電連接，所述功率放大器(25 )與所述激光產(chǎn)生單元(11)電連接，所述處理單元(26)分別與所述VCXO (3)、所述隔離放大器(21)、所述DDS (23)、所述功率放大器(25)、以及所述第一光電檢測單元(14)電連接。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的CPT原子頻標(biāo)，其特征在于，所述DDS(23)為AD9854。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的CPT原子頻標(biāo)，其特征在于，所述物理系統(tǒng)(I)還包括:為所述吸收泡(13)提供恒溫工作環(huán)境以及原子裂化用的磁場的控制單元(16)。9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的CPT原子頻標(biāo)，其特征在于，所述光學(xué)元件(12)為光柵。10.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的CPT原子頻標(biāo)，其特征在于，所述吸收泡(13)為銣87Rb原子吸收泡。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種CPT原子頻標(biāo)，屬于原子頻標(biāo)技術(shù)領(lǐng)域。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，物理系統(tǒng)包括：激光產(chǎn)生單元、光學(xué)元件、吸收泡、第一光電檢測單元、以及激光功率控制單元，該激光功率控制單元包括設(shè)置在激光產(chǎn)生單元和吸收泡之間的第一分光片、正對第一分光片的反射光路設(shè)置的第二光電檢測單元。本實(shí)用新型通過添加由第一分光片和第二光電檢測單元構(gòu)成的激光功率控制單元，能夠?qū)⒓す猱a(chǎn)生單元產(chǎn)生的激光的功率控制在一定范圍內(nèi)，提高激光產(chǎn)生單元產(chǎn)生的激光的功率的穩(wěn)定性，進(jìn)而減小對CPT原子頻標(biāo)的工作穩(wěn)定性的影響。
【IPC分類】H03L7/26
【公開號】CN204721335
【申請?zhí)枴緾N201520278668
【發(fā)明人】朱小龍
【申請人】江漢大學(xué)
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年4月30日...