[发明专利]具有高信噪比鉴频信号的铷原子钟

权利要求书

1.一种具有高信噪比鉴频信号的铷原子钟，其特征在于，包括混频光系统(1)、探测光系统(2)、物理系统(3)、微波频率综合器(4)、受控晶振(5)和原子钟控制系统(6)；

所述的混频光系统(1)的输出光入射至所述的物理系统(3)，所述的探测光系统(2)的输出光入射至所述的物理系统(3)，两束光与所述的物理系统(3)中的原子发生相互作用后入射至所述的原子钟控制系统(6)，所述的受控晶振(5)的第一输出端提供了标准频率输出，所述的受控晶振(5)的第二输出端输出原子钟频率信号至所述的微波频率综合器(4)作为参考信号，经微波频率综合器(4)输出的微波脉冲进入所述的物理系统(3)与其中的原子发生相互作用；

所述的混频光系统(1)的控制端与所述的原子钟控制系统(6)的第一输出端相连，所述的探测光系统(2)的控制端与所述的原子钟控制系统(6)的第二输出端相连，所述的微波频率综合器(4)的控制端与所述的原子钟控制系统(6)的第三输出端相连，所述的受控晶振(5)的输入端与所述的原子钟控制系统(6)的第四输出端相连；

所述的混频光系统(1)包括半导体激光器(11)、隔离器(12)、半波片(13)、偏振分束器(14)、声光调制器(15)、透镜(16)、四分之一波片(17)、光阑(18)、反射镜(19)、扩束镜(110)、第三格兰泰勒棱镜(111)、半波片(112)及反射镜(113)；

所述的半导体激光器(11)产生混频光依次经过隔离器(12)和半波片(13)射入偏振分束器(14)，经该偏振分束器(14)反射的光束进入声光调制器(15)，该声光调制器(15)作为光开光，使用其负一级衍射脉冲作为光探测阶段的混频光，再依次经过透镜(16)、四分之一波片(17)、光阑(18)和反射镜(19)，经该反射镜(19)反射后依次经光阑(18)、四分之一波片(17)、透镜(16)和声光调制器(15)返回，并射入偏振分束器(14)，经偏振分束器(14)透射的光束进入扩束镜(110)，光束直径变大，然后再经过第三格兰泰勒棱镜(111)、半波片(112)变为线偏振光，出射的线偏振光经反射镜(113)进入物理系统(3)与原子发生相互作用来增强非线性磁光旋转信号；

所述的第三格兰泰勒棱镜(111)和半波片(112)的组合用于调整混频光偏振面与探测光偏振面之间的夹角，混频光与探测光偏振面间的夹角不同，所得非线性磁光旋转信号强度不同，当探测光与混频光偏振面间的夹角为45°时，所得非线性磁光旋转信号强度最大。

2.根据权利要求1所述的具有高信噪比鉴频信号的铷原子钟，其特征在于，所述的探测光系统(2)包括半导体激光器(21)、隔离器(22)、半波片(23)、偏振分束器(24)、声光调制器(25)、透镜(26)、四分之一波片(27)、光阑(28)、反射镜(29)和扩束镜(210)；

所述的半导体激光器(21)产生光依次经过隔离器(22)和半波片(23)射入偏振分束器(24)，经该偏振分束器(24)反射的光束进入声光调制器(25)，该声光调制器(25)作为光开光，使用其负一级衍射脉冲用于光抽运和光探测，再依次经过透镜(26)、四分之一波片(27)、光阑(28)和反射镜(29)，经该反射镜(29)反射后依次经光阑(28)、四分之一波片(27)、透镜(26)和声光调制器(25)原路返回，并射入偏振分束器(24)，经偏振分束器(24)透射的光束进入扩束镜(210)，光束直径变大，最后光束进入物理系统(3)与原子发生相互作用。

3.根据权利要求1所述的具有高信噪比鉴频信号的铷原子钟，其特征在于，所述的物理系统(3)包括第一格兰泰勒棱镜(31)、微波腔吸收泡组件(32)、分束器(33)、第二格兰泰勒棱镜(34)，所述的第一格兰泰勒棱镜(31)和第二格兰泰勒棱镜(34)正交；

经所述的探测光系统(2)的输出光通过第一格兰泰勒棱镜(31)形成第一线偏振光，该第一线偏振光与微波腔吸收泡组件(32)内的原子相互作用后偏振面发生旋转产生非线性磁光旋转信号，与此同时，所述的混频光系统(1)的输出光经分束比为50:50的分束器(33)反射后进入微波腔吸收泡组件(32)与原子发生相互作用来增强非线性磁光旋转信号，非线性磁光旋转信号经分束器(33)透射后射入第二格兰泰勒棱镜(34)形成第二线偏振光。

4.根据权利要求3所述的具有高信噪比鉴频信号的铷原子钟，其特征在于，所述的原子钟控制系统(6)包括光电探测器(61)和原子钟控制电路(62)；

经所述的第二格兰泰勒棱镜(34)输出的第二线偏振光射入光电探测器(61)，该光电探测器(61)将光信号转化为电信号，该电信号通过原子钟控制电路(62)输出一个控制电压来调整受控晶振(5)的输出频率，原子钟控制电路(62)产生光功率控制时序控制混频光系统(1)和探测光系统(2)的输出光脉冲的时间和功率，原子钟控制电路(62)产生微波功率控制时序控制微波频率综合器(4)的输出微波脉冲的时间和功率。