[发明专利]一种用于冷原子喷泉钟的小型化光学系统

说明书

本发明公开了一种用于冷原子喷泉钟的小型化光学系统，包括激光发生装置、饱和吸收稳频模块、第一分束装置、第二分束装置、第三分束装置、第四分束装置、第五分束装置、第六分束装置、第一调制模块、第二调制模块、第三调制模块和第四调制模块；多个分束装置均用于对出射光束进行透射或反射；反射光束能够进入该调制模块内，且反射光束出调制模块后的路径与入射光束进入调制模块前的路径相同；激光发生装置输出的光束先后经第一分束装置和第二分束装置透射，经第三分束装置反射后进入到第二调制模块，经第二调制模块反射后，被第三分束装置透射，经第四分束装置分为两束，一光束为冷却光下，另一光束为探测光。本装置结构简单，光路得到简化。

技术领域

本发明涉及原子钟领域，具体涉及一种用于冷原子钟的光路装置，尤其涉及一种用于冷原子喷泉钟的小型化光学系统。

背景技术

时钟是人类最早发明的物品之一，通过时钟可持续量测时间间隔，有些自然的时间间隔(如日、闰月及年)可以用观测而得，较短的时间间隔就需要利用时钟。数千年计时设备的原理也有大幅变化，日晷是利用在物体在一平面上影子的变化来计时，计算时间间隔的仪器也有许多种，包括最广为人知的沙漏。配合日晷的水钟可能是最早的计时仪器。

随着科学技术的不断发展，从14世纪到19世纪中叶的500年间，人们首先采用古老的摆轮钟代替了自然钟，然后在钟摆装置的基础上逐渐发展出日益精密的机械钟表，使机械钟的计时精度达到基本满足人们日常计时需要的水平。从20世纪30年代开始，随着晶体振荡器的发明，小型化、低能耗的石英晶体钟表代替了机械钟，广泛应用在电子计时器和其它各种计时领域，一直到现在，成为人们日常生活中所使用的主要计时装置。

石英晶体钟虽能够满足人们在日常生活的计时需求，但将其运用在航空航天、通信和导航定位等高科技科学领域，其性能远远达不到所需要求。

在20世纪五十年代，科学家拉姆赛提出了分离振荡法。分离振荡法可以把原子的振荡频率给提取出来，以此来作为计时器的运动周期。该方法十分的稳定，而且十分的高效。由此，原子钟应运而生。自从原子钟诞生以后，世界各国的科技进步十分明显，GPS与北斗系统都用上了该技术。随着科学家对原子钟的深入探索和研究，发现原子本身的热运动没有办法消除，所以相对的误差还是会出现。这就导致了，随着距离或时间等某一条件的增加，所出现的误差会变大。经过科学家的不断努力，终于找到了用激光来冷却原子的方法，从而来消除原子本身的热运动。绝对零度就能实现将原子冻住，保持静止不动。经过科学家实验，当零下273.15度的时候，原子就能被冻住了。这也就是冷原子钟的原理。

冷原子钟是激光冷却与囚禁技术与量子频标技术的结合，相比于热原子钟，冷原子钟具有极高的频率精度，从而广泛应用于守时授时、深空探测等领域。冷原喷泉钟是冷原子钟的一个典型代表。

申请号为CN202011086764.9的发明专利具体公开了，“一种喷泉式冷原子钟，即一方面通过将原子能态选择机制改变为光抽运选态，可以将原子选态结构与荧光探测结构合二为一，进而可以去除常用于喷泉式冷原子钟的选态微波腔结构，使物理系统结构的整体高度得到大幅下降，有效减小了原子钟的体积和重量，利于移动和推广使用，另一方面由于光抽运选态大幅提升了原子利用率，使用于微波探询的原子数成倍提升，提高了谱线信噪比，进而使因高度下降而导致谱线线宽增宽带来的指标影响被抵消，可保证准确度和稳定度指标潜力与当前喷泉式冷原子钟相当，不会因高度的降低而影响原子钟性能。”