[发明专利]一种集成化原子束型光频标

说明书

本发明公开了一种集成化原子束型光频标。该光频标包括电学机柜和光学机柜；所述电学机柜包括控制、测量和显示设备；所述电学机柜向光学机柜各设备供电，并且向光学机柜输出控制信号、频率锁定信号；所述光学机柜包括原子束管、激光器和超稳激光系统；所述光学机柜向电学机柜输出超稳谐振腔信号和原子光谱信号；所述原子束管为集成化的钙原子束密封管；所述激光器包括423nm激光器和657nm激光器。该光频标的设计回避了其他光频标系统面临的激光器多、系统复杂等问题，有望成为首款能够连续运行的商用守时型光频标。本发明光频标的设计原理清晰、具有科学性与工程可实现型，是光频标领域的前沿创新设计。

技术领域

本发明涉及原子频标技术领域。更具体地，涉及一种集成化原子束型光频标。

背景技术

在原子频标研究领域，主要研究的对象为微波原子频标和光频标。目前实现商品化的为微波原子钟，包括氢钟、铷钟、铯束钟、铯喷泉钟等。这些原子钟产品化成熟，但核心的稳定度指标缺少提升空间。随着激光技术、激光冷却技术的发展，科学家们开展了光频标研究，并在指标上快速超越了微波原子频标，成为原子频标领域目前最前沿的研究方向。近些年，光频标技术日趋成熟，激光器、调制器等系统内器件越来越稳定，原子频标的连续工作时长逐渐增加。因此，研制具有长期连续运行能力的守时型原子频标，成为了一个新的研究方向，科研人员进行了大量投入。目前还没有任何一个团队宣称自己做出了可长期稳定运行的光频标，主要限制在于其系统大多复杂，需要的激光器数量多，对原子的操控复杂。

发明内容

基于以上背景技术，本发明提出一种集成化原子束型光频标，该光频标仅需要两套激光器，可靠性高。采用原子束方案，对原子操控的要求低，提高了鲁棒性。本发明光频标的设计原理清晰、具有科学性与工程可实现型，是光频标领域的前沿创新设计。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种集成化原子束型光频标，包括电学机柜和光学机柜；

所述电学机柜包括控制、测量和显示设备；所述电学机柜向光学机柜各设备供电，并且向光学机柜输出控制信号、频率锁定信号；

所述光学机柜包括原子束管、激光器和超稳激光系统；所述光学机柜向电学机柜输出超稳谐振腔信号和原子光谱信号；

所述原子束管为集成化的钙原子束密封管；

所述激光器包括423nm激光器和657nm激光器。

优选地，钙原子置于一个有探测光窗的真空系统内，原子受加热从原子炉内喷出，在经过探测光窗时与激光相互作用。

优选地，所述光学机柜分为上下两层光路；上层为钟跃迁激光，下层为光谱探测与锁定。

优选地，所述上层钟跃迁激光包括：657nm激光器、657nm激光移频及PDH压窄线宽；

657nm激光从657nm激光器出射后，首先要频率锁定到超稳谐振腔上，利用PDH技术进行激光线宽压窄；

657nm激光移频光路将657nm激光频率通过外调制方法移频到与原子跃迁共振，经过移频后的激光通过光纤或空间光的形式传递到下层光路。

优选地，所述下层光谱探测与锁定包括：423nm激光器及光与原子相互作用区；

423nm激光从423nm激光器出射后，经过空间光路耦合到光与原子相互作用区；从上层光路传递下来的657nm激光也耦合到光与原子相互作用区；在原子相互作用区内，激光从探测光窗打入钙原子束密封管，与钙原子束相互作用，测量得到原子荧光，经过伺服环路反馈锁定两台激光频率。

优选地，所述激光频率锁定后，将657nm激光直接输出，得到高稳定的激光频率标准信号。

优选地，所述光学机柜包括整体控温隔振装置。