堿金屬氣室原子鐘系統技術方案

一種堿金屬氣室原子鐘系統，包括第一原子氣室和第二原子氣室。通過所述數字信號處理器輸出第一時序控制所述第一激光信號，所述數字信號處理器輸出第二時序控制所述第二激光信號。從而可以使得所述第一原子氣室和第二原子氣室交替鎖定所述晶振。通過交替鎖定所述晶振減小了Dick效應，從而使得所述堿金屬氣室原子鐘系統可以具有更加穩定的頻率輸出。另外，晶振的成本較低。因此，本發明專利技術提供的堿金屬氣室原子鐘系統，具有成本低且穩定性高的優點。

Alkali metal gas chamber atomic clock system

An alkali metal gas chamber atomic clock system includes a first atomic gas chamber and a second atomic gas chamber. The first laser signal is controlled by outputting the first timing signal through the digital signal processor, and the digital signal processor outputs second timing control of the second laser signal. Thereby, the first atomic gas chamber and the second atomic air chamber can alternately lock the crystal oscillator. By alternately locking the crystal oscillator, the Dick effect is reduced so that the alkali metal gas chamber atomic clock system can have a more stable frequency output. In addition, the cost of crystal oscillator is low. Therefore, the alkali metal gas chamber atomic clock system provided by the invention has the advantages of low cost and high stability.

【技術實現步驟摘要】
堿金屬氣室原子鐘系統
本專利技術涉及精密儀器
，尤其涉及一種堿金屬氣室原子鐘系統。
技術介紹
高性能、緊湊型和低功耗原子鐘的發展對眾多科學研究和工業生產都有著重要的意義。原子鐘的應用包括引力波探測，廣義相對論的驗證，新一代衛星導航定位，網絡同步以及移動平臺上的守時系統。在眾多類型的原子鐘里，堿金屬氣室原子鐘憑借其簡單的結構和較高的穩定度，越來越引起人們的興趣。近些年來，伴隨著激光器等技術的發展，基于光學-微波雙共振(Optical-MicrowaveDoubleResonance,OMDR)、脈沖相干布局囚禁(CoherencePopulationTrapping,CPT)、脈沖光泵浦(PulsedOpticalPumping,POP)和脈沖積分球(Integratingsphere)等技術的實驗室級堿金屬氣室原子鐘原子鐘的短期穩定度都達到了1-4×10-13τ-1/2的量級，比現在商用的銣燈光抽運的原子鐘提高了大概兩個量級，在短期穩定度上也不斷接近氫鐘的指標。限制上述堿金屬氣室原子鐘的原子短期穩定度的主要因素包括：量子投影噪聲、激光器的相對強度噪聲、頻率-幅度調制轉換噪聲和Dick效應帶來的晶振噪聲。早在1990年，G.J.Dick就發現了Dick效應。但由于Dick效應量級較小，在當時并不是原子鐘的短期穩定度的主要制約因素。但隨著脈沖式相干布局囚禁(Ramsey-CPT)原子鐘的應用，原子鐘的短期穩定度逐漸接近量子投影噪聲極限。Dick效應也逐漸變為制約堿金屬氣室型原子鐘的短期穩定度的一項重要因素。為了減小原子鐘的Dick效應，可以采用相位噪聲性質更優秀的振蕩器(例如低溫藍寶石振蕩器等)來取代普通晶振。但是上述相位噪聲性質更優秀的振蕩器的結構復雜且價格昂貴。從而導致了具有上述結構的堿金屬氣室原子鐘整體的體積較大、成本較高。
技術實現思路
基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種體積小、成本低且能夠減小Dick效應的堿金屬氣室原子鐘系統。一種堿金屬氣室原子鐘系統，包括晶振、與所述晶振連接的頻率綜合器、與所述晶振和所述數字信號處理器連接的比例積分微分器、以及激光發生裝置，所述晶振發出的頻率信號經過所述頻率綜合器轉換成微波信號，所述微波信號輸入所述激光發生裝置中，對所述激光發生裝置發出的激光進行調制，其特征在于，進一步包括：第一原子氣室和第二原子氣室，所述激光發生裝置發出的激光被所述微波信號調制分成進入所述第一原子氣室的第一激光信號以及進入所述第二原子氣室第二激光信號，所述第一原子氣室和所述第二原子氣室為堿金屬原子氣室；與所述激光發生裝置連接的數字信號處理器，所述數字信號處理器輸出第一時序控制所述第一激光信號，所述數字信號處理器輸出第二時序控制所述第二激光信號；與所述數字信號處理器連接的光電感測裝置，所述光電感測裝置用于接收經由所述第一原子氣室和所述第二原子氣室的輸出的光信號并將其轉化為電信號傳輸給所述數字信號處理器，所述數字信號處理器根據所述電信號計算出糾偏信號；所述比例積分微分器根據所述糾偏信號對所述晶振輸出的頻率信號進行調節。在其中一個實施例中，所述激光發生裝置包括激光器、電光調制器、分光裝置、第一聲光調制器、第二聲光調制器和激光時序調整器，所述微波信號和所述激光器發出的激光進入所述光電調制器中，所述微波信號對所述激光進行調制，調制后的所述激光通過所述分光裝置分成兩束相同強度的所述第一激光信號和所述第二激光信號，所述激光時序調整器與所述數字信號處理器連接。在其中一個實施例中，所述分光裝置為非偏振分光棱鏡。在其中一個實施例中，所述激光發生裝置還包括設置于所述激光器與所述電光調制器之間的半波片。在其中一個實施例中，所述激光時序調整器包括與所述第一聲光調制器連接的第一射頻開關、與所述第二聲光調制器連接的第二射頻開關、以及與所述第一射頻開關和所述第二射頻開關連接的射頻源，所述第一射頻開關和所述第二射頻開關與所述數字信號處理器連接。在其中一個實施例中，所述光電感測裝置包括與所述數字信號處理器連接的第一光電探測器和第二光電探測器，所述第一光電探測器用于將所述第一原子氣室輸出的光信號轉化為電信號，所述第二光電探測器用于將所述第二原子氣室的輸出的光信號轉化為電信號。在其中一個實施例中，進一步包括第一磁屏蔽裝置和第二磁屏蔽裝置，所述第一磁屏蔽裝置內設置有第一磁場線圈和第一原子氣室加熱器，所述第二磁屏蔽裝置內設置有第二磁場線圈和第二原子氣室加熱器，所述第一磁屏蔽裝置給所述第一原子氣室提供磁屏蔽，所述第二磁屏蔽裝置給所述給所述第二原子氣室提供磁屏蔽。在其中一個實施例中，所述晶振為晶體振蕩器。在其中一個實施例中，所述第一時序的自由演化時間與所述第二時序的激光泵浦時間至少部分重合。在其中一個實施例中，所述第一原子氣室與所述第二原子氣室交替鎖定所述晶振，所述第一原子氣室處于自由演化狀態時，所述第二原子氣室處于激光泵浦狀態。本專利技術提供的堿金屬氣室原子鐘系統，包括第一原子氣室和第二原子氣室。通過所述數字信號處理器輸出第一時序控制所述第一激光信號，所述數字信號處理器輸出第二時序控制所述第二激光信號。從而可以使得所述第一原子氣室和第二原子氣室交替鎖定所述晶振。通過交替鎖定所述晶振減小了Dick效應，從而使得所述堿金屬氣室原子鐘系統可以具有更加穩定的頻率輸出。另外，晶振的成本較低。因此，本專利技術提供的堿金屬氣室原子鐘系統，具有成本低且穩定性高的優點。附圖說明圖1為脈沖式相干布局囚禁式原子鐘工作時序圖；圖2為本專利技術一個實施例的堿金屬氣室原子鐘系統的結構框圖；圖3為本專利技術一個實施例的堿金屬氣室原子鐘系統的結構框圖；圖4為本專利技術一個實施例的堿金屬氣室原子鐘系統的結構框圖；圖5為本專利技術一個實施例的堿金屬氣室原子鐘系統的結構框圖；圖6為本專利技術實施例的堿金屬氣室原子鐘系統工作時的光路示意圖；圖7為本專利技術實施例的堿金屬氣室原子鐘系統的工作時序圖；圖8為本專利技術實施例的堿金屬氣室原子鐘系統工作時誤差信號獲取的示意圖。主要元件符號說明堿金屬氣室原子鐘系統100第一射頻開關104第二射頻開關106射頻源108晶振110頻率綜合器120激光發生裝置130激光器131光電調制器132分光裝置133第一聲光調制器134激光時序調整器135第二聲光調制器136第一原子氣室140第一磁屏蔽裝置142第二原子氣室150第二磁屏蔽裝置152光電感測裝置160第一光電探測器162第二光電探測器164數字信號處理器170比例積分微分器180具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。請參見圖1，為脈沖式相干布局囚禁式原子鐘工作時序圖。所述脈沖式相干布局囚禁原子鐘工作過程包括光泵浦、自由演化和探測三個部分。其中τ表示光泵浦時間，T表示自由演化時間，τm表示探測時刻，τA表示探測積分時間，Tc表示環路時間。由圖1的時序圖可知，原子只有在自由演化T期間才能感受到本振輸出信號的相位變化，而在光泵浦時間τ和探測積分時間τA中本振相位是沒有被鎖定到原子上的，這段時間又被稱作為死區時間Td。死區時間Td就導致在一個工作周期Tc內，脈沖式相干布局囚本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種堿金屬氣室原子鐘系統，包括晶振、與所述晶振連接的頻率綜合器、與所述晶振和所述數字信號處理器連接的比例積分微分器、以及激光發生裝置，所述晶振發出的頻率信號經過所述頻率綜合器轉換成微波信號，所述微波信號輸入所述激光發生裝置中，對所述激光發生裝置發出的激光進行調制，其特征在于，進一步包括：第一原子氣室和第二原子氣室，所述激光發生裝置發出的激光被所述微波信號調制分成進入所述第一原子氣室的第一激光信號以及進入所述第二原子氣室第二激光信號，所述第一原子氣室和所述第二原子氣室為堿金屬原子氣室；與所述激光發生裝置連接的數字信號處理器，所述數字信號處理器輸出第一時序控制所述第一激光信號，所述數字信號處理器輸出第二時序控制所述第二激光信號；與所述數字信號處理器連接的光電感測裝置，所述光電感測裝置用于接收經由所述第一原子氣室和所述第二原子氣室的輸出的光信號并將其轉化為電信號傳輸給所述數字信號處理器，所述數字信號處理器根據所述電信號計算出糾偏信號；所述比例積分微分器根據所述糾偏信號對所述晶振輸出的頻率信號進行調節。

【技術特征摘要】
1.一種堿金屬氣室原子鐘系統，包括晶振、與所述晶振連接的頻率綜合器、與所述晶振和所述數字信號處理器連接的比例積分微分器、以及激光發生裝置，所述晶振發出的頻率信號經過所述頻率綜合器轉換成微波信號，所述微波信號輸入所述激光發生裝置中，對所述激光發生裝置發出的激光進行調制，其特征在于，進一步包括：第一原子氣室和第二原子氣室，所述激光發生裝置發出的激光被所述微波信號調制分成進入所述第一原子氣室的第一激光信號以及進入所述第二原子氣室第二激光信號，所述第一原子氣室和所述第二原子氣室為堿金屬原子氣室；與所述激光發生裝置連接的數字信號處理器，所述數字信號處理器輸出第一時序控制所述第一激光信號，所述數字信號處理器輸出第二時序控制所述第二激光信號；與所述數字信號處理器連接的光電感測裝置，所述光電感測裝置用于接收經由所述第一原子氣室和所述第二原子氣室的輸出的光信號并將其轉化為電信號傳輸給所述數字信號處理器，所述數字信號處理器根據所述電信號計算出糾偏信號；所述比例積分微分器根據所述糾偏信號對所述晶振輸出的頻率信號進行調節。2.如權利要求1所述的堿金屬氣室原子鐘系統，其特征在于，所述激光發生裝置包括激光器、電光調制器、分光裝置、第一聲光調制器、第二聲光調制器和激光時序調整器，所述微波信號和所述激光器發出的激光進入所述光電調制器中，所述微波信號對所述激光進行調制，調制后的所述激光通過所述分光裝置分成兩束相同強度的所述第一激光信號和所述第二激光信號，所述激光時序調整器與所述數字信號處理器連接。3.如權利要求2所述的堿金屬氣室原子鐘系統，其特征在于，所述分光裝置為非偏振分光棱鏡...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張建偉，孫曉林，程鵬飛，左婭妮，王力軍，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：北京,11