[发明专利]一种基于调制转移谱稳频的碱金属小光钟及其控制方法

权利要求书

1.一种基于调制转移谱稳频的碱金属小光钟，其特征在于，所述碱金属小光钟包括：超窄线宽干涉滤光片外腔半导体激光器、第一半波片、第二半波片、第三半波片、第一偏振分光棱镜、碱金属原子、玻璃泡、第二偏振分光棱镜、相位调制器、磁屏蔽盒、光电探测器、混频器、信号发生器、伺服反馈电路和激光电源；其中，所述玻璃泡中充有碱金属原子和缓冲气体，玻璃泡置于磁屏蔽盒中；所述激光电源驱动激光器发出激光；激光经过第一半波片由第一偏振分光棱镜分成强度不相等的两束激光，通过旋转第一半波片与第一偏振分光棱镜之间的角度，调节两束激光的强度；强度较弱的激光作为探测光，强度较强的激光作为泵浦光，泵浦光和探测光的偏振方向互相垂直；探测光经过第二半波片进入玻璃泡中；所述信号发生器为相位调制器提供驱动信号，泵浦光经过相位调制器，相位调制器对泵浦光进行相位调制，使得泵浦光在主频的基础上具有两个边带；泵浦光经第三半波片和第二偏振分光棱镜反射后进入玻璃泡；相位调制器与第三半波片的位置可互换；在玻璃泡中，泵浦光的主频和两个边带与探测光的主频，以碱金属原子为介质发生相互作用，通过非线性的四频混频效应，泵浦光的两个边带被调制到探测光上，从而探测光具有主频和两个边带；探测光经第二偏振分光棱镜由光电探测器接收，探测光的边带与主频拍频；拍频信号传输至混频器，所述信号发生器为混频器提供参考信号，与拍频信号进行调制解调，从而解调出高性能的调制转移谱信号；调制转移谱信号通过伺服反馈电路反馈回激光电源，从而将激光器发出的激光波长锁定在碱金属原子的跃迁谱上；所述碱金属小光钟集成超窄线宽干涉滤光片外腔半导体激光器、调制转移谱、窄线宽碱金属原子跃迁谱线和快速相位调制反馈。

2.如权利要求1所述的碱金属小光钟，其特征在于，所述第二半波片与第二偏振分光棱镜结合，通过旋转第二半波片与第二偏振分光棱镜之间的角度，调节从第二偏振棱镜出射的探测光的光强，即探测器探测到的探测光的光强；所述第三半波片和第二偏振分光棱镜相结合，通过旋转第三半波片与第二偏振分光棱镜之间的角度，调节经过第二偏振分光棱镜反射至玻璃泡中的泵浦光的光强。

3.如权利要求1所述的碱金属小光钟，其特征在于，还包括第四半波片，所述第四半波片设置在泵浦光的光路上，将线偏振的泵浦光的偏振方向调至与相位调制器的光轴方向平行。

4.如权利要求1所述的碱金属小光钟，其特征在于，还包括第一衰减器和第二衰减器，所述第一衰减器和第二衰减器分别放置在探测光与泵浦光未进入玻璃泡的光路上，分别改变探测光和泵浦光的光强。

5.如权利要求1所述的碱金属小光钟，其特征在于，所述玻璃泡为圆柱形壳体，两端面平整，不会引起激光光斑的变形；玻璃泡中充有碱金属原子和缓冲气体；所述碱金属原子为铷、铯、钾和钠中的一种；所述缓冲气体采用惰性气体。

6.如权利要求1所述的碱金属小光钟，其特征在于，所述玻璃泡的外壁绕有加热元件，加热元件采用加热片；通过温控电路控制加热元件的加热，实现对玻璃泡温度的精确控制。