[发明专利]一种CPT原子钟控制方法

权利要求书

1.一种CPT原子钟控制系统，其特征在于，包括激光器、物理系统、微波频率控制模块、激光频率控制模块、温度控制模块、信号检测模块、磁场控制模块和控制芯片，其中

所述控制芯片通过所述温度控制模块检测所述激光器和所述物理系统的温度并进行调节，对所述温度控制模块进行PID控制，用于产生满足原子钟工作的恒定温度；

所述控制芯片通过控制所述微波频率控制模块产生3.4GHz的微波信号；

所述控制芯片通过控制所述激光频率控制模块产生加载到激光器上的电压；

所述磁场控制模块产生用于满足原子钟工作的恒定磁场；

所述激光器出射的激光入射到所述物理系统中；

所述物理系统将入射的激光转换为激光共振光谱信号，并将该激光共振光谱信号进行光电转换后传递到所述信号检测模块；

所述信号检测模块将所述光电转换后的信号进行放大和滤波，得到激光直流信号和CPT信号并发送给控制芯片；

所述控制芯片根据接收到的用于反馈控制的所述激光直流信号和CPT信号，调整加载在所述微波频率控制模块和所述激光频率控制模块上的电压，改变激光的出射波长，用于满足原子钟系统的稳定运行；

其中，所述激光频率控制模块包括位数模转换芯片，当所述信号检测模块将所述激光直流信号发送给所述控制芯片后，所述控制芯片将反馈信号传递给所述数模转换芯片并改变该芯片的输出到所述激光器上的输出电压从而改变输出光信号的频率。

2.一种利用如权利要求1所述的CPT原子钟控制系统的CPT原子钟控制方法，其特征在于，包括步骤：

S101：初始化，用于初始化所述控制芯片、激光器、物理系统和各控制模块；

S103：所述激光器和物理系统的温度控制；

S105：扫描激光频率并检测激光共振信号，若收到解调激光信号但未调节过相位则转到步骤S107；若收到解调的激光信号且已调节过相位则转到步骤S109；若没有收到解调信号则继续进行扫描；具体包括：

S501：控制加载到所述激光器的模拟电压幅度，通过对电压幅度的扫描实现激光频率扫描；

S503：判断是否收到解调的激光信号，若是则转到步骤S505，若无法收到解调信号则输出第二错误信息；

S505：判断是否调节过激光调制相位，若否转到步骤S107，若是则转到步骤S109；

S107：调节激光调制信号的相位，用于改变加载在激光器上的调制方波与数字解调的方波之间的相位关系，测量不同相位对应的解调信号强度，并记录解调信号最大时的相位，设置激光调制的相位并转到步骤S105；

S109：扫描微波频率并检测微波共振信号，若检测到所述微波共振信号则转到步骤S111，否则继续扫描微波频率及检测微波共振信号；

S111：锁定微波频率并检测是否失锁，利用PID算法对微波频率进行锁定，通过接收所述微波共振解调信号判断反馈参数值来判断所述微波频率是否失锁，若是则转到步骤S109；否则通过接收所述激光共振解调信号判断反馈参数值来判断所述激光频率是否失锁，若是转到步骤S105，否则循环检测判断。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S103的激光器和物理系统的温度控制具体包括：

S301：检测温度，用于检测所述激光器的激光管温度；

S303：判断温度，若低于温度判定值认为是冷启动并转到步骤S305，否则认为是热启动并转到步骤S307；

S305：冷启动，对所述物理系统进行加热，所述物理系统温度上升后将温度传递给所述激光器，所述激光器温度上升达到所述温度判定值后进入热启动；

S307：热启动，对所述激光器和物理系统温度进行PID控制锁定；

S309：判断温度是否稳定，若温度稳定则转到步骤S105，若所述激光器和物理系统温度无法达到稳定则输出第一错误信息。