[发明专利]一种平衡差拍探测POP铷原子钟的装置及方法

说明书

一种平衡差拍探测POP铷原子钟的装置,在DBR激光器激光出射方向设置有二分之一玻片及偏振分束镜，第一束线偏振光反射到无偏振分束镜，第二束线偏振光沿原方向依次进入声光调制器、四分之一玻片、零度全反射镜再原路返回偏振分束镜，然后入射到第一45度全反射镜，第一45度全反射镜光出射方向依次设置有第一高消光比偏振片、物理系统、第二高消光比偏振片、第二45度全反射镜、第三45度全反射镜、无偏振分束镜，第一束偏振光和第二束偏振光在无偏振分束镜分别分束合并之后输入到平衡差拍探测器，然后将探测器的信号输入到数据采集卡；本探测方法、大幅度提高POP原子钟信号的信噪比、增强信号抵抗电流噪声能力，可推广应用到原子钟探测领域。

技术领域

本发明属于原子钟技术领域，具体涉及到一种平衡差拍探测POP铷原子钟的装置及方法。

背景技术

体积小、功耗低和性能高的原子钟的发展对基础科学研究和工业生产有着重要的积极意义，特别是在高分辨率的卫星导航上，相较于晶体振荡器，原子钟有着长期稳定度更好的优势。

POP铷原子钟兼备体积小、功耗低和性能高三大优点，近年被广泛研究。其基本原理是利用激光和微波与原子三能级系统相互作用，产生基态能级布局数差以及基态的相干，当微波频率恰好等于基态能级间距时，布局数差以及基态的相干最大，产生检测信号的峰值。利用这个特点将微波频率锁定，从而产生高稳定度的标准频率信号输出。检测信号的大小以及噪声水平与稳定度密切相关，不同的探测方法产生不同的检测信号。目前主流的检测方法有两种，微波探测和吸收法光探测。微波探测利用的是原子自发辐射的微波信号，虽然这种方法对激光的噪声不敏感，但是由于探测的微波频率低，其信号太弱，造成其短期稳定度很难突破10^^(-13)(@1s)。吸收法光探测由于其信号强以及对微波腔Q值要求低的特点被大量使用。但同时不足40％的Ramsey条纹对比度成了其短期稳定度提高的一个主要限制因素。偏振探测法利用原子双折射导致左右旋光经过原子时产生相位差的原理，能够使Ramsey条纹对比度接近100％，可以很好的克服吸收法光探测条纹对比度低的缺点，另外，在大失谐探测光的情况下，这种方法仍然可以得到超过80％对比度的Ramsey条纹，可以作为其中一种弱探测的方法，应用前景好，目前不少单位正在开展相关研究。但其信号相对较弱的缺点导致其很容易受激光产生的AM和FM-AM噪声的影响，进而影响原子钟稳定度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服偏振探测法信号弱导致其容易受激光产生的AM和FM-AM噪声的影响，进而影响原子钟稳定度的问题,提供一种设计合理、有效抑制AM和FM-AM噪声、大幅度提高POP原子钟信号的信噪比、增强信号抵抗微波腔加热产生电流噪声以及其他电路噪声能力的平衡差拍探测POP铷原子钟的装置及方法。

解决上述技术问题采用的技术方案是：在DBR激光器激光出射方向设置有二分之一玻片及偏振分束镜，激光经过偏振分束镜后分为两束偏振方向垂直的线偏振光，第一束线偏振光反射到无偏振分束镜，第二束线偏振光沿原方向依次进入声光调制器、四分之一玻片、零度全反射镜，经过零度全反射镜反射后原路返回偏振分束镜，第二束线偏振光经过偏振分束镜后的光出射方向设置有第一45度全反射镜，第一45度全反射镜光出射方向依次设置有第一高消光比偏振片、物理系统、第二高消光比偏振片，第二高消光比偏振片光出射方向依次设置第二45度全反射镜、第三45度全反射镜，第三45度全反射镜的出射光进入无偏振分束镜，第一束偏振光和第二束偏振光在无偏振分束镜分别分束合并之后输入到平衡差拍探测器，平衡差拍探测器信号输出至数据采集卡。

本发明的物理系统为：微波腔内设置有原子气泡，微波腔外壁缠绕有磁场线圈，微波腔设置于磁屏蔽筒内。

利用上述的平衡差拍探测POP铷原子钟的装置探测铷原子钟的方法，包括以下步骤：

S1、对DBR激光器和铷原子气泡加热并控温；

S2、将DBR激光器系统频率锁定在⁸⁷Rb的D1线的基态F＝1到激发态F＝2上，磁场线圈通电；