[发明专利]一种实现微型CPT原子钟物理系统的装置及方法

权利要求书

1.一种实现微型CPT原子钟物理系统的装置，包括：

Bias-Tee，用于将设定频率、功率的微波与设定的直流电流耦合成VCSEL驱动信号并输入到VCSEL；

VCSEL，提供调频线偏振光，根据VCSEL驱动信号输出相应的调频线偏振光；

第一四分之一波片，用于将VCSEL输出的调频线偏振光转换为椭圆偏振光并入射到原子气室，第一四分之一波片的光轴与调频线偏振光的偏振方向的夹角范围为0-45°；

原子气室，填充有碱金属原子和惰性气体，椭圆偏振光中与碱金属原子共振的共振光频成分与原子气室中碱金属原子作用；

第二四分之一波片，用于改变原子气室出射的椭圆偏振光偏振状态，第二四分之一波片的光轴与第一四分之一波片的光轴正交；

偏振分束器，用于将经过第二四分之一波片出射后的椭圆偏振光分为偏振方向相互垂直的两束线偏振光；

第一光电探测器和第二光电探测器，用于分别探测偏振分束器出射的两束线偏振光；

原子气室外层设置螺线管线圈，螺线管线圈外设置磁屏蔽壳。

2.一种实现微型CPT原子钟物理系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、VCSEL和原子气室被控温于设定的温度，螺线管线圈通入设定的电流后产生沿VCSEL输出的调频线偏振光的传播方向的磁场，螺线管线圈外设置磁屏蔽壳；

步骤2、VCSEL输出的调频线偏振光经过第一四分之一波片后被转换为椭圆偏振光后入射到原子气室，第一四分之一波片的光轴与调频线偏振光的偏振方向的夹角范围为0-45°；

步骤3、入射到原子气室中的椭圆偏振光与原子气室中的原子作用后入射到第二四分之一波片，第一四分之一波片和第二四分之一波片的光轴相互正交；

椭圆偏振光中与原子无相互作用的失谐光频成分经第二四分之一波片变换为偏振方向与VCSEL输出的调频线偏振光的偏振方向相同的线偏振光，椭圆偏振光中与原子共振的共振光频成分与原子气室中碱金属原子作用，共振光频成分的偏振状态发生变化，经第二四分之一波片后不会还原为线偏振光；

步骤4、经第二四分之一波片出射的光束由偏振分束器分为偏振方向相互垂直的两束线偏振光束，其中偏振分束器透射方向与VCSEL输出的线偏振光的偏振方向成45°夹角，偏振分束器输出的两束线偏振光束被第一光电探测器和第二光电探测器分别探测，两个光电探测器获得的光电信号通过差分得到最终输出的差分CPT信号用作实现原子钟所需信号。