[发明专利]相干布居捕获共振的原子振荡器和询问方法

说明书

技术领域

本发明涉及相干布居捕获(CPT)共振的原子振荡器和询问方法。

背景技术

传统上，原子时钟(或者原子振荡器)被称为提供非常精确时间的时钟。最近，对小型化原子时钟的研究和开发活跃。原子时钟可以被看作是根据原子中的电子的转移能量将诸如碱金属原子的原子的电磁波频谱的微波区域内的电子转移频率用作频率标准的振动器。特别是，在没有外部影响的情况下，能够由碱金属原子中的电子的转移能获得非常精确的时间值。这种类型的原子时钟的频率稳定性比现有晶体振荡器的频率的稳定性优几个数量级。例如，请参见日本专利No.4,801,044；“The MAC-A Miniature Atomic Clock”by R.Lutwak,P.Vlitas,M.Varghese,M.Mescher,D.K.Serkland and G.M.Peake,Joint Meeting of the IEEE International Frequency Control Symposium and the Precise Time and Time Interval(PTTI)Systems and Applications Meeting,Vancouver,BC,Canada,pp.752-757(2005)；以及“Investigations on Continuous and Pulsed Interrogation for a CPT Atomic Clock”by N.Castagna,R.Boudot,S.Guérandel,E.De Clercq,N.Dimarcq and A.Clairon,IEEE Transactions on Ultrasonics,Ferroelectrics,and Frequency Control,Vol.56,No.2,Feb.2009。

存在一些类型的原子时钟。例如，采用微波谐振器的传统类型需要大装置尺寸和高功率消耗。然而，CPT(相干布居捕获)原子时钟能提供比现有晶体振荡器优3个数量级的非常高的频率稳定性。此外，CPT原子时钟能提供小装置尺寸和低功率消耗。CPT原子时钟样机产于2007年，并且Symmetricom已经在2011年市售这种类型的芯片规模的原子时钟(CSAC)的产品。

尽管上述CPT原子时钟具有比采用微波谐振器的传统原子时钟低的功率消耗，但是上述CPT原子时钟的功率消耗接近115mw。如果考虑到原子时钟实际上用于电池驱动的便携式应用中，则上述CPT原子时钟的功率消耗值仍然非常高。因此，需要低于30mW的较低功率消耗的改进型原子时钟或者振荡器。

发明内容

在一个方面中，本发明提供了一种适于降低功率消耗的CPT谐振的原子振荡器和询问方法。

在一个实施例中，本发明提供了一种原子振荡器，包括：碱金属室，在该碱金属室内封闭碱金属原子；光源，该光源被配置来利用激光束照射碱金属室内的原子；光电检测器，该光电检测器被配置来检测激光束通过碱金属室进入光电检测器的光量；以及控制器，该控制器被配置来通过对光源上的载波进行频率调制，产生包括具有不同波长的激光束对的边带；使该具有不同波长的激光束对进入碱金属室；并且通过谐振激光束对的量子干扰效应，根据原子的光吸收特性，控制调制频率，其中边带包括第二阶边带或者更高阶边带。

附图说明

图1是用于解释激光强度的分布的示意图。

图2是示出根据本发明第一实施例的原子振荡器的配置的示意图。

图3是用于解释¹³³Cs(铯－133原子)的D₁线的示意图。

图4是用于解释第一阶、第二阶和第三阶边带的示意图。

图5是示出连续询问模式下的CPT谐振的观察结果的示意图。

图6是示出脉冲询问模式下的CPT谐振的观察结果的示意图。

图7是用于解释连续询问模式下RF功率与对比度之间的关联的示意图。

图8是用于解释脉冲询问模式下RF功率与对比度之间的关联的示意图。

图9是用于解释连续询问模式下激光强度与频率偏移之间的关联的示意图。

图10是用于解释脉冲询问模式下激光强度与频率偏移之间的关联的示意图。

图11是用于解释根据本发明第二实施例的原子振荡器中的脉冲激光束的波形的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明实施例。

[第一实施例]