[发明专利]基于四能级主动光钟的超精细能级间隔测量装置及方法

摘要

本发明公布了一种基于四能级主动光钟的超精细能级间隔测量装置及方法，利用热原子的多普勒效应以及坏腔区域谐振腔的光学弱反馈机制，实现原子超精细能级间隔测量，能够提升测量原子超精细能级间隔的精度。装置包括：泵浦激光源的频率稳定单元、四能级主动光钟谐振腔单元、超精细能级间隔测量单元；通过调制转移稳频和坏腔区域的光学弱反馈，对坏腔区域原子受激辐射输出光频率成分直接进行分析，对被测能态的超精细能级间隔标定，量子参考系统受激辐射直接输出钟跃迁信号，具有更窄的量子极限线宽。本发明可扩展到其他碱金属四能级主动光钟系统上，丰富原子超精细能级的测量数量和精度。

主权项

1.一种基于四能级主动光钟的超精细能级间隔测量装置，包括：泵浦激光源的频率稳定单元、四能级主动光钟谐振腔单元、超精细能级间隔测量单元，并依次相连接；泵浦激光源的频率稳定单元包括：泵浦激光源、泵浦激光源驱动电路、光隔离器、半波片、偏振分光棱镜、反射镜、调制转移谱稳频模块、伺服反馈电路；四能级主动光钟谐振腔单元包括：一体化谐振腔腔体、压电陶瓷片、谐振腔腔镜‑平面镜、增益介质‑碱金属原子气室、谐振腔腔镜‑平凹镜、加热保温模块、磁屏蔽模块；超精细能级间隔测量单元包括测量模块；泵浦激光源的频率稳定单元中，泵浦激光源与泵浦激光源驱动电路相连接，并由泵浦激光源驱动电路控制；隔离器用于防止激光反馈，影响泵浦激光源输出频率；半波片与偏振分光棱镜结合，通过旋转半波片与偏振分光棱镜之间的角度，调节从偏振分光棱镜透射到谐振腔的泵浦激光源的光强；经偏振分光棱镜反射的激光经反射镜、调制转移谱稳频模块、伺服反馈电路，将误差信号反馈回泵浦激光源驱动电路，实现泵浦激光源的频率稳定；四能级主动光钟谐振腔单元中：压电陶瓷片的形变量大于钟激光波长的一半；谐振腔腔镜‑平面镜和谐振腔腔镜‑平凹镜分别内嵌于一体化谐振腔腔体中；一体化谐振腔腔体置于磁屏蔽盒中；谐振腔腔镜‑平面镜和谐振腔腔镜‑平凹镜的镀膜参数均使得原子增益线宽小于腔模线宽；增益介质‑碱金属原子气室中充有纯铯原子，增益介质‑碱金属原子气室内置于一体化谐振腔腔体中；一体化谐振腔腔体内部抽真空；一体化谐振腔腔体外部放置加热保温模块，用于使原子温度变化范围小于0.01℃；保温模块外面放置磁屏蔽模块；增益介质‑碱金属原子气室用作钟激光的增益介质，放置在玻璃泡中；玻璃泡为圆柱形壳体，两端面平整；玻璃泡中充有碱金属原子或碱金属原子和缓冲气体；超精细能级间隔测量单元中，测量模块包括探测器和频率计数器；所述探测器用于探测两个受激辐射钟激光的拍频信号；所述频率计数器采用铯钟作为外部参考源，用于对探测到的输出钟激光信号所携带的频率成分进行精密测量，实现基于四能级主动光钟的原子超精细能级间隔测量。