[发明专利]双光子跃迁铷原子钟

权利要求书

1.双光子跃迁铷原子钟，其特征在于，包括压控晶振(1)、微波频率综合器(2)、射频信号源(3)、量子鉴频模块(4)、微处理器(5)和补偿模块(6)；

压控晶振(1)的输入端与补偿模块(6)的输出端相连，压控晶振(1)的输出端分成两路完全相同的信号：第一路提供标准频率输出；第二路与微波频率综合器(2)和射频信号源(3)的输入端相连，作为其参考频率标准；

微波频率综合器(2)和射频信号源(3)的输出端与量子鉴频模块(4)的输入端电连接，与量子鉴频模块(4)中的物理模块(45)的铷原子相互作用，获得微波频率综合器(2)和射频信号源(3)相对于铷原子跃迁频率的偏差量；

微处理器(5)的输入端与量子鉴频模块(4)的输出端电连接，微处理器(5)的输出端与补偿模块(6)的输入端相连，补偿模块(6)的输出端与压控晶振(1)的压控端口相连；

微波跃迁采用Δm＝2基态F＝1,m_F＝-1到F＝2,m_F＝1，或者F＝1,m_F＝1到F＝2,m_F＝-1双微波光子跃迁作为钟跃迁频率。

2.根据权利要求1所述的双光子跃迁铷原子钟，其特征在于，微处理器(5)对量子鉴频模块(4)的输出信号进行处理运算，获得补偿电压的数字量；补偿模块(6)将补偿电压的数字量转换为补偿模拟电压信号；补偿模块(6)输出的补偿模拟电压信号输入到压控晶振(1)的压控端口，实现对压控晶振(1)的补偿，压控晶振(1)的输出端口的标准频率精度和稳定度受控于量子系统，实现铷原子钟的闭环运行。

3.根据权利要求1所述的双光子跃迁铷原子钟，其特征在于，量子鉴频模块(4)包括依次设置的激光器(42)、隔离器(43)、扩束整形(44)、物理模块(45)和光电探测器(46)；激光器(42)的输出光依次经过隔离器(43)和扩束整形(44)，通过物理模块(45)一端上开设的通光孔输入到物理模块(45)，与物理模块(45)中充有缓冲气体的铷泡(456)相互作用，与原子相互作用后的透射光通过物理模块(45)另一端上开设的出光孔入射到光电探测器(46)；或者将光电探测器直接放置在物理模块(45)内部；光电探测器(46)的输出端与微处理器(5)电连接。

4.根据权利要求3所述的双光子跃迁铷原子钟，其特征在于，物理模块(45)包括磁屏蔽筒(451)、射频线圈(452)、微波腔(453)、C场线圈(454)、耦合环(455)和充有缓冲气体的铷泡(456)；射频线圈(452)、微波腔(453)、C场线圈(454)、耦合环(455)和充有缓冲气体的铷泡(456)设置于磁屏蔽筒(451)内。

5.根据权利要求4所述的双光子跃迁铷原子钟，其特征在于，磁屏蔽筒(451)由外至内依次为外层磁屏蔽筒(4511)、中间层磁屏蔽筒(4512)和内层磁屏蔽筒(4513)；外层磁屏蔽筒(4511)和中间磁屏蔽筒(4512)之间放置保温层(458)；中间层磁屏蔽筒(4512)和内层磁屏蔽筒(4513)之间放置加热元件(457)。

6.根据权利要求5所述的双光子跃迁铷原子钟，其特征在于，加热元件用于对微波腔(453)和充有缓冲气体铷泡(456)的加热和温度控制，整个原子钟物理模块工作在铷泡的零温度系数处。

7.根据权利要求4所述的双光子跃迁铷原子钟，其特征在于，最内层磁屏蔽筒(4513)内放置有射频线圈(452)和C场线圈(454)，其中射频线圈(452)产生的射频场方向与入射激光方向和微波腔(453)的轴向重合，C场线圈(454)产生的静磁场与入射激光方向和微波腔(453)的轴向垂直，使得射频场和微波腔内的微波场与原子的极化方向垂直，实现铷原子基态超精细能级F＝1-F＝2的塞曼子能级之间的Δm＝±1的σ跃迁，F表示基态超精细能级，m表示静磁场产生的塞曼子能级。