[发明专利]一种基于法拉第激光抽运的铷原子微波钟

说明书

本发明公开了一种基于法拉第激光抽运的铷原子微波钟。本发明采用波长工作在铷原子跃迁谱线上的法拉第外腔激光技术，应用高频调制来均匀化输出激光的频率并应用于铷原子微波钟的抽运光源上实现基于法拉第激光抽运的铷原子微波钟。其中，法拉第激光器产生的激光波长可以非常稳定地工作在铷原子跃迁谱线上，对激光管的工作电流和温度不敏感；铷原子微波钟采用法拉第激光作为抽运光，颠覆了传统激光抽运铷原子微波钟抽运激光需要伺服锁定电路系统来稳频的工作模式，彻底消除了激光稳频相关的激光失锁的国际性难题，可在激光管寿命内长时间连续可靠工作。

技术领域

本发明涉及微波原子钟与微波频率标准技术领域，具体涉及一种基于法拉第激光抽运的铷原子微波钟。

背景技术

气泡型铷原子微波钟作为二级频率标准，具有体积小、功耗低、成本低、可靠性高等优点，被广泛应用于卫星导航、时间同步、网络通信等领域。传统的光抽运铷原子钟是采用无极放电灯作为抽运光源，光谱范围较宽，谱线成分复杂，导致了探测器接收到更多的背景噪声，严重降低了信号的信噪比。同时，抽运效率较低，原子有效利用率只有千分之几。

随着半导体激光技术的迅速发展和广泛应用，利用其纯光谱、窄线宽、高功率谱密度等优点，将半导体激光器作为抽运光源，取代无极放电灯，可以非常有效地提高原子的利用率，提高信噪比，从而提高系统的短期稳定度指标，并优化长稳性能。然而，对于抽运激光的稳频，目前最常用的两种稳频技术是饱和吸收谱稳频和极化谱稳频技术，都需要复杂的伺服锁定电路系统，包括同步检波器、激光器调制器以及伺服控制电路。这些模块的加入使激光抽运铷原子微波钟的系统结构复杂度增加、体积增大并且可靠性降低。

更严重的目前尚未克服的技术困难是：稳频激光对外界环境的温度、机械的振动都较为敏感，在长期工作时会不可避免地发生失锁、跳模，这限制了连续工作时间。受此限制，至今国际上还未有激光抽运铷原子钟商用产品推出，目前各国研究机构仅实现了实验室中的激光抽运铷原子钟样机。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于法拉第激光抽运的铷原子微波钟，避免传统抽运激光需要伺服锁定电路系统来稳频的工作模式，降低了系统的复杂性。

进一步地，抽运激光波长可以非常稳定地工作在铷原子跃迁谱线上，对激光管的工作电流和温度不敏感，彻底消除了激光稳频相关的激光失锁的国际性难题。该铷原子微波钟可在激光管寿命内长时间连续可靠工作，克服了传统激光抽运铷原子钟的可靠性不足，真正实现达到商用产品所要求的长时间连续运行的标准。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的。

一种基于法拉第激光抽运的铷原子微波钟，采用波长工作在铷原子跃迁谱线上的法拉第激光作为抽运激光，抽运激光与铷原子发生作用，实现基于法拉第激光器的铷原子微波钟。

优选地，该铷原子微波钟具体包括法拉第激光器、综合电源与控制系统以及铷原子气泡微波钟的物理部分；

法拉第激光器产生波长工作在铷原子跃迁谱线上的激光，作为抽运激光；抽运激光在铷原子气泡微波钟的物理部分与铷原子发生作用，结合综合电源与控制系统实现基于法拉第激光器的铷原子钟锁定。

优选地，所述法拉第激光器的腔镜上固定压电陶瓷，通过加在压电陶瓷上的调制信号来均匀化抽运激光的波长，调制信号由综合电源与控制系统产生。

优选地，所述综合电源与控制系统产生的调制信号为500Hz至300kHz。

优选地，所述法拉第激光器采用镀增透膜的半导体激光管作为增益介质，法拉第反常色散原子滤光器作为频率选择器件。