[发明专利]一种基于调制转移谱稳频的碱金属小光钟及其控制方法

摘要

本发明公开了一种基于调制转移谱稳频的碱金属小光钟及其控制方法。本发明集成应用四方面技术：超窄线宽干涉滤光片外腔半导体激光器、调制转移谱、窄线宽碱金属原子跃迁谱线和快速相位调制反馈，创新性地实现高稳定度的小型激光频率标准，将激光器发出的激光波长锁定在碱金属原子的跃迁谱上；探测光和泵浦光的光强可以独立控制，更好地实现激光频率的锁定；调制转移谱技术可以有效地避免低频噪声的干扰，同时具有更加平坦的背底；本发明集成创新带来性能指标上的飞跃式提升，所实现的高稳定度的小型激光频率标准，秒级稳定度达到10^‑14，其稳定度指标上超过目前国际上碱金属原子所有的其他波段光频量子频率标准和长度标准两个数量级。

主权项

1.一种基于调制转移谱稳频的碱金属小光钟，其特征在于，所述碱金属小光钟包括：超窄线宽干涉滤光片外腔半导体激光器、第一半波片、第二半波片、第三半波片、第一偏振分光棱镜、碱金属原子、玻璃泡、第二偏振分光棱镜、相位调制器、磁屏蔽盒、光电探测器、混频器、信号发生器、伺服反馈电路和激光电源；其中，所述玻璃泡中充有碱金属原子和缓冲气体，玻璃泡置于磁屏蔽盒中；所述激光电源驱动激光器发出激光；激光经过第一半波片由第一偏振分光棱镜分成强度不相等的两束激光，通过旋转第一半波片与第一偏振分光棱镜之间的角度，调节两束激光的强度；强度较弱的激光作为探测光，强度较强的激光作为泵浦光，泵浦光和探测光的偏振方向互相垂直；探测光经过第二半波片进入玻璃泡中；所述信号发生器为相位调制器提供驱动信号，泵浦光经过相位调制器，相位调制器对泵浦光进行相位调制，使得泵浦光在主频的基础上具有两个边带；泵浦光经第三半波片和第二偏振分光棱镜反射后进入玻璃泡；相位调制器与第三半波片的位置可互换；在玻璃泡中，泵浦光的主频和两个边带与探测光的主频，以碱金属原子为介质发生相互作用，通过非线性的四频混频效应，泵浦光的两个边带被调制到探测光上，从而探测光具有主频和两个边带；探测光经第二偏振分光棱镜由光电探测器接收，探测光的边带与主频拍频；拍频信号传输至混频器，所述信号发生器为混频器提供参考信号，与拍频信号进行调制解调，从而解调出高性能的调制转移谱信号；调制转移谱信号通过伺服反馈电路反馈回激光电源，从而将激光器发出的激光波长锁定在碱金属原子的跃迁谱上；所述碱金属小光钟集成超窄线宽干涉滤光片外腔半导体激光器、调制转移谱、窄线宽碱金属原子跃迁谱线和快速相位调制反馈。