[发明专利]原子振荡器、检测相干布居俘获共振的方法和磁传感器

说明书

背景技术

1.技术领域

本公开一般涉及到原子振荡器，检测CPT(相干布居俘获)共振的方法和磁传感器。

2.现有技术

原子钟(原子振荡器)是非常精确的时钟。正在研究用于降低原子钟尺寸的技术。原子钟是一种基于包括在碱性金属或类似物中的电子的跃迁能的振荡器。尤其是，如果没有任何干扰影响该工艺，则发现碱性金属原子的电子跃迁能非常精确。因此，能获得与晶体振荡器相比已经改善了超过几个数量级的频率稳定性。

存在几种类型的原子振荡器。例如，现有技术中具有微波振荡器结构的原子振荡器尺寸大且需要大量电能。另一方面，CPT(相干布居俘获)型原子振荡器提供频率稳定性，比现有技术中的晶体振荡器高三个数量级的精确性。而且，CPT型原子振荡器的尺寸和功耗都有希望能降低。在2007年制造了CPT型原子振荡器的原型，并且自2011年Symmetricom，Inc.，U.S.A已经出售CPT型原子振荡器的产品。

美国专利6993058披露了一种CPT检测器和用于检测CPT的方法。所述CPT检测器包括量子吸收器、检偏镜(polarization analyzer)和检测器。所述量子吸收器包括具有耦合到共用高能态的第一和第二低能态的材料。在第一低能态和共用高能态之间和在第二低能态和共用高能态之间的跃迁由具有预定的偏振状态的电磁辐射诱发。检偏镜阻挡预定的偏振状态的电磁辐射，同时通过具有与预定的偏振垂直的偏振状态的电磁辐射。用已经通过量子吸收器的生成的电磁辐射的一部分照射检偏镜。检测器生成与离开检偏镜的电磁辐射的强度有关的信号。

日本公开的专利申请No.2010-263593披露一种原子振荡器的光学系统，所述光学系统通过利用光和微波的双共振方法和利用由两种共振光产生的量子干涉效应的相干布居俘获(CPT)方法的一种通过使用光学吸收特性调节振荡频率。所述光学系统包括：发射共振光的光源；布置在光源发射侧的充气电池(gas cell)，在其中密封了气态的金属原子并通过金属原子气体传输共振光；检测通过金属原子气体传输的光的光检测单元；和阻挡至少一部分从金属原子气体发射到光检测单元的荧光的荧光阻挡单元，其被布置在金属原子气体和光检测单元之间。

日本专利No.4801044披露了一种用于调制原子钟信号的方法和相应的原子钟。激光束(L1，L2)在振幅上被脉冲调制以照射(A)交互介质。进行电流脉冲(Sr)和在所述电流脉冲之前的脉冲(Sr-l到Sr-p)的检测(B)。脉冲通过线性组合被叠加(C)以便生成频谱带宽被最小化的补偿原子钟信号(SHC)。本发明可用于带有脉冲探寻(interrogation)的原子钟，所述脉冲探寻的交互介质由热原子或激光冷却的原子构成。

P.M.Anisimov等人的“Influence of transverse magnetic fields and depletion of working levels on the nonlinear resonance Faraday effect”,Journal of Experimental and Theoretical Physics(实验和理论物理杂志)，2003年11月，97卷，第5期，868到874页披露了在⁸⁷Rb蒸汽中在D₁-线F=2到F’=1的跃迁处在相干布居俘获条件下研究的非线性共振法拉第效应。研究了横向磁场对于非线性光学法拉第旋转的影响。对于垂直于电磁波偏振的横向磁场，提出了一种与实验数据非常符合的理论模型。基于所获得的结果发现了提供最大灵敏性的最优强度。实验上和理论上研究了工作级耗尽(working level depletion)对于在开放系统中的法拉第旋转的参数的影响。在实验中通过使用附加的激光关闭该系统来增加灵敏性和扩大所测场的动态范围。

G.Kazakov等人的“Pseudoresonance mechanism of all-optical frequency-standard operation”，Phys.Rev.A72，063408(2005)基于相干布居俘获效应和在探针辐射(probe radiation)的最大吸收时的信号辨别的有悖常理的组合提出了对于全光频率标准设计的方式。此种标准的短期稳定性可以达到的级别。

本申请所使用的数据可以在D.A.Steck在2012年12月18日的http:／／steck.us／alkalidata／得到。

发明内容