[发明专利]脉冲宽谱钟激光探测的原子束光钟及其实现方法

说明书

本公开实施例涉及一种脉冲宽谱钟激光探测的原子束光钟及其实现方法。脉冲宽谱钟激光探测的原子束光钟包括电源控制系统、宽谱窄线宽钟激光系统、原子束光钟中的原子束流、蓝光探测激光系统和光电探测模块，通过生成梳齿形钟激光信号，其中，梳齿形钟激光信号中的任一两相邻梳齿之间的频谱间隔为10kHz至10MHz，且梳齿形钟激光信号的频谱宽度为10MHz至5GHz，且单根梳齿线宽小于钟跃迁能级线宽，并与原子束流相互作用，将几乎所有的钟跃迁下能级原子激励至钟跃迁上能级，然后与通过蓝光探测激光系统发出的激光相互作用，得到窄线宽高信噪比的荧光信号，并将荧光信号发送至电源控制系统，以便电源控制系统对宽谱窄线宽钟激光系统的频率进行锁定。

技术领域

本公开实施例涉及光频原子钟及光频量子频率标准技术领域，尤其涉及一种脉冲宽谱钟激光探测的原子束光钟及其实现方法。

背景技术

原子束光钟具有体积小、可搬运、系统复杂程度低、稳定度性能指标高等优点，拥有巨大的应用市场前景，可被广泛应用于守时授时、卫星导航、时间同步、大地测量、精密光谱等领域。

在现有技术[提高小型原子束光频原子钟性能的方法及设备，专利号：ZL200510130745]中，主要是通过采用线宽窄于钟跃迁能级自然线宽的钟激光探测钟跃迁能级，结合原子束的能级转移探测方案得到钟跃迁荧光信号，从而实现原子束光钟。

但在实施过程中发现，原子束流中的原子飞行速度达到几百米每秒，在没有进行光阑准直或者其他减小原子束横向发散角的措施时，由多普勒效应导致的谱线增宽可达几百MHz，甚至达到GHz的量级。横向高速原子由于与窄线宽钟激光的相互作用时间短且多普勒频移较大的原因，无法有效地被激励到钟跃迁上能级。也就是说，在现有技术中，只有极小一部分横向速度近零速的原子才贡献于钟跃迁谱线信号，原子利用率很低，限制了原子束光钟稳定度指标的进一步提高。

发明内容

本公开所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种脉冲宽谱钟激光探测的原子束光钟及其实现方法，用以解决现有技术中存在绝大部分基态原子未贡献于钟跃迁谱线而是形成较大的多普勒背景本底，使得原子利用率不高从而限制原子束光钟稳定度指标进一步提高的问题。

根据本公开实施例的一个方面，本公开实施例提供了一种脉冲宽谱钟激光探测的原子束光钟，所述脉冲宽谱钟激光探测的原子束光钟包括：

电源控制系统，用于生成脉冲调制信号，并将所述脉冲调制信号传输至宽谱窄线宽钟激光系统；

其中，电源控制系统还包括伺服反馈电路和调制解调电路等，具体将在后文中进行介绍。

所述宽谱窄线宽钟激光系统中的激光头用于，在脉冲调制信号的作用下生成梳齿形钟激光信号，其中，所述梳齿形钟激光信号中的任一两相邻梳齿之间的频谱间隔为10kHz至10MHz，且所述梳齿形钟激光信号的频谱宽度为10MHz 至5GHz，其中，单根梳齿线宽小于钟跃迁能级线宽；

原子束光钟中的原子束流(即原子束光钟的物理部分)，用于在所述梳齿形钟激光信号的作用下，将原子从钟跃迁的下能级激励至钟跃迁的上能级；

蓝光探测激光系统，用于发出激光，以便所述激光与所述钟跃迁的上能级或所述钟跃迁的下能级的原子相互作用，生成荧光信号；

光电探测模块，用于将所述荧光信号进行收集，并将所述荧光信号发送所述电源控制系统，以便所述电源控制系统对所述宽谱窄线宽钟激光系统的所述梳齿形钟激光信号的频率进行锁定。

在一些实施例中，所述原子包括钙原子、镁原子、锶原子、镱原子、汞原子、镉原子、铷原子和铯原子中的任意一种。

在一些实施例中，所述脉冲调制信号的脉宽范围为0.2ns至100ns，任意两相邻脉冲间隔范围为0.1μs至100μs。