[实用新型]一种CPT原子钟伺服电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种CPT原子钟伺服电路。

背景技术

对原子钟的研究主要集中在两个方面：一方面是探索研制准确度和稳定度更高的原子钟，近年来，已经成功研制了许多不同种类的具备更高的准确度和稳定性的新型原子钟，例如冷原子喷泉钟，离子阱钟，光钟等；另一方面是积极的寻找实现高精度的小型工程原子钟的途径，以满足各种工程技术的发展需要，例如研制小型星载原子钟、利用相干布居囚禁原理研制可微型化的相干布居囚禁原子钟。

相干布居囚禁（CPT，Coherent Population Trapping）是原子与相干光相互作用所产生的一种量子干涉现象，利用激光良好的相干特性，在原子体系中制备相干布居囚禁态，而实现的可芯片化被动式新型CPT原子钟是当前原子钟领域和导航领域的前沿技术。其优势是：一方面，不需要微波腔，可以明显减小体积；另一方面，采用受微波频率调制的激光器制备相干双色光，可以减小光频移。尽管CPT原子钟从1998年提出至今时间并不久，但其发展迅速，已显示出优越的性能，而且还有较大的改进空间。

在实际中，一般的CPT桌面实验系统只追求调测的方便，并没有考虑体积和功耗问题，而微型乃至芯片级CPT原子钟确实很注重体积和功耗的减小，却不方便调测。到目前为止所实现CPT原子钟的指标都不是很高，主要表现在温漂现象比较严重，温控导致功率消耗较大，原子频标输出信号的稳定度都偏低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种成本低、稳定度高、功耗小的CPT原子钟伺服电路。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种CPT原子钟伺服电路，包括微控制器，微控制器的信号输入端与原子钟物理单元的光电探测器相连，微控制器的信号输出端依次通过频率信号输出电路、频率变换级电路与原子钟物理单元的激光器相连，微机控制器的信号输出端通过恒定电流源电路与原子钟物理单元的激光器相连，微控制器的信号输入输出端分别与温控电路、磁场监测电路相连。

由上述技术方案可知，本实用新型以微控制器作为控制核心，负责监控温度和磁场、数字器件的控制、相敏检波、产生方波调制信号、调控恒流源电流，实现对激光频率和微波频率的自动扫描和锁定控制。本实用新型实现了小体积数字化和就近控制，简化了电路的实现，减少了信号受到干扰的可能性，成本低、稳定度高、功耗小。

附图说明

图1是本实用新型的电路框图。

具体实施方式

一种CPT原子钟伺服电路，包括微控制器1，微控制器1的信号输入端与原子钟物理单元的光电探测器2相连，微控制器1的信号输出端依次通过频率信号输出电路、频率变换级电路与原子钟物理单元的激光器3相连，微控制器1的信号输出端通过恒定电流源电路与原子钟物理单元的激光器3相连，微控制器1的信号输入输出端分别与温控电路、磁场监测电路相连，如图1所示。所述的频率信号输出电路采用压控温度补偿晶振4，所述的频率变换级电路采用直接数字式频率合成器和锁相环5，所述的恒定电流源电路采用恒流源控制器6。

原子钟物理单元是从激光器3发射光信号，光电探测器2接收光信号；原子钟伺服电路包括了两个锁定环路：激光稳频环路和微波锁频环路，第一个环路的作用是将激光器3的波长锁定在原子D1线光跃迁谱线上，以保证CPT的稳定激励，在这个环路锁定之后，激光光谱的其中两个边带将分别对准两个基态超精细能级与激发态之间的光跃迁；第二个环路的作用是将微波调制频率锁定在CPT共振频率上，以给出高性能的频率输出信号。

如图1所示，所述的光电探测器2与第一放大器7的输入端相连，第一放大器7的输出端分别与第一、二带通滤波器相连，所述的微控制器1由A/D转换器、相敏检测单元、方波调制单元和D/A转换器组成，第一、二带通滤波器分别与A/D转换器的输入端相连，A/D转换器的输出端与相敏检测单元的输入端相连，相敏检测单元的输出端与D/A转换器的输入端相连，方波调制单元的输出端分别与频率变换级电路、相敏检测单元和恒定电流源电路相连，D/A转换器的输出端通过低通滤波器分别与第二、三放大器8、9的输入端相连。

为了减少工作量、降低成本和获得最佳解调效果，采用正交解调的方法进行相敏检测；先将两路模拟信号经过A/D转换器采样，得到的数字信号与数字本振信号分别相乘，再经过两路低通滤波器分别得到同相和正交基带信号，再分别进行平方后相加，再进行开方运算，最后再加上确定的符号位给出最终解调结果。