[发明专利]脉冲积分球原子钟系统

说明书

本发明提供一种脉冲积分球原子钟系统，通过数字信号处理器控制第一积分球和第二积分球的工作时序，可以使得第一积分球和第二积分球交替锁定晶振。通过交替锁定所述晶振减小了Dick效应，从而使得所述积分球原子钟系统可以具有更加稳定的频率输出。另外，晶振的成本较低。因此，本发明提供的积分球原子钟系统，具有成本低且稳定性高的优点。

技术领域

本发明涉及精密仪器技术领域，尤其涉及一种脉冲积分球原子钟系统。

背景技术

高性能、紧凑型和低功耗原子钟的发展对众多科学研究和工业生产都有着重要的意义。原子钟的应用包括引力波探测，广义相对论的验证，新一代卫星导航定位，网络同步以及移动平台上的守时系统。在众多类型的原子钟里，碱金属气室原子钟凭借其简单的结构和较高的稳定度，越来越引起人们的兴趣。近些年来，伴随着激光器等技术的发展，基于脉冲积分球(Integrating sphere)技术的实验室级原子钟的短期稳定度达到了1-4×10^-13τ^-1/2的量级。上述原子钟比现在商用的铷灯光抽运的原子钟提高了大概两个量级，在短期稳定度上也不断接近氢钟的指标。

限制上述原子钟的原子短期稳定度的主要因素包括：量子投影噪声、激光器的相对强度噪声、频率-幅度调制转换噪声和Dick效应带来的晶振噪声。早在1990年，G.J.Dick就发现了Dick效应。但由于Dick效应量级较小，在当时并不是原子钟的短期稳定度的主要制约因素。但随着脉冲积分球(Integrating sphere)原子钟的应用，原子钟的短期稳定度逐渐接近量子投影噪声极限，Dick效应也逐渐变为制约碱金属气室型原子钟的短期稳定度的一项重要因素。

为了减小原子钟的Dick效应，可以采用相位噪声性质更优秀的晶振(例如低温蓝宝石振荡器等)来取代普通晶振。但是上述相位噪声性质更优秀的晶振的结构复杂且价格昂贵。从而导致了具有上述结构的脉冲积分球原子钟整体的体积较大、成本较高。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种体积小、成本低且能够减小Dick效应的脉冲积分球原子钟系统。

一种脉冲积分球原子钟系统，包括晶振、与所述晶振连接的频率综合器、与所述晶振连接的比例积分微分器、与所述比例积分微分器连接的数字信号处理器、以及激光发生装置，所述晶振发出的频率信号经过所述频率综合器转换成微波信号，进一步包括：

与所述数字信号处理器连接的微波时序调整器，所述频率综合器发出的所述微波信号通过所述微波时序调整器后分成第一微波信号与第二微波信号，所述微波时序调整器用于调整所述第一微波信号和所述第二微波信号的时序，所述数字信号处理器用于调整所述激光发生装置发出的激光信号的时序；

第一积分球和第二积分球，所述激光发生装置能够发出第一探测激光、第二探测激光、第一冷却泵浦激光和第二冷却泵浦激光，所述第一探测激光和所述第一冷却泵浦激光进入所述第一积分球，所述第二探测激光和所述第二冷却泵浦激光进入所述第二积分球；

与所述数字信号处理器连接的光电感测装置，所述光电感测装置用于接收经由所述第一积分球和所述第一积分球的输出的光信号，并将其转化为电信号传输给所述数字信号处理器，所述数字信号处理器根据所述电信号计算出纠偏信号；所述比例积分微分器根据所述纠偏信号对所述晶振输出的频率信号进行调节。

在其中一个实施例中，所述微波时序调整器包括第一微波开关和第二微波开关，所述第一微波开关分别与所述频率综合器、所述第一积分球以及所述数字信号处理器连接，所述第二微波开关分别与所述频率综合器、所述第二积分球以及所述数字信号处理器连接。

在其中一个实施例中，所述光电感测装置包括分别与所述数字信号处理器连接的第一光电探测器和第二光电探测器，所述第一积分球输出的光信号通过所述第一光电探测器转变成电信号输入所述数字信号处理器，所述第二积分球输出的光信号通过所述第二光电探测器转变成电信号输入所述数字信号处理器。