[发明专利]基于脉冲调制宽谱梳齿型激光的碘分子光钟及其控制方法

权利要求书

1.一种基于脉冲调制宽谱梳齿型激光的碘分子光钟，其特征在于，包括532nm脉冲调制宽谱梳齿型激光系统、隔离器、第一半波片、第二半波片、第三半波片、第四半波片、第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜、第三偏振分光棱镜、用于改变激光偏振方向进而对剩余幅度调制起到抑制作用的格兰泰勒棱镜、电光相位调制器、碘分子吸收池光路倍增系统、高速光电探测器、用于射频调制信号的产生、误差信号解调滤波鉴相、高速伺服反馈控制的激光鉴相及高速伺服控制电路、电源控制系统；所述电源控制系统生成脉冲调制信号，并将所述脉冲调制信号传输至532nm激光，发送给激光系统，激光系统在脉冲调制信号的作用下生成梳齿型532nm激光脉冲信号，其中，梳齿型532nm激光脉冲信号的任一两相邻梳齿之间的频谱间隔为1～5MHz可调，总频谱宽度为400MHz～50GHz可调，与对应温度吸收池中分子谱的多普勒展宽匹配，且单根梳齿线宽小于跃迁能级线宽；激光系统之后连接隔离器，用于对后方光路的光反馈进行隔离；隔离器之后依次连接第一半波片和第一偏振分光棱镜；第一偏振分光棱镜之后分为两路：激光稳频光路和稳频激光出射光路；激光稳频光路为依次连接的第二半波片和第二偏振分光棱镜；第二偏振分光棱镜之后分为两束：光强较强的一束作为泵浦激光依次经格兰泰勒棱镜、第三半波片和电光相位调制器后，被第三偏振分光棱镜反射至碘分子吸收池光路倍增系统中；光强较弱的一束作为探测激光经碘分子吸收池光路倍增系统和第三偏振分光棱镜，被高速光电探测器接收；高速光电探测器信号输入至激光鉴相及高速伺服反馈控制电路，并依次连接电源控制系统和电光相位调制器；产生的伺服信号用于控制电源控制系统，从而实现高频率稳定度的激光输出；所述碘分子吸收池光路倍增系统包括第一反射棱镜、第二反射棱镜、第三反射棱镜、碘分子吸收池及温度控制模块；其中，碘分子吸收池是由石英玻璃密封烧制而成的圆柱体，分为碘泡和冷指两个部分；温度控制模块由温控电路、半导体制冷片、热敏电阻及保温材料组成，半导体制冷片和保温材料依次包裹在碘分子吸收池外部，热敏电阻设置在半导体制冷片下方靠片宽中心的位置，热敏电阻和半导体制冷片用导线连接至温控电路中用于测温并对碘分子吸收池进行制冷；温度控制模块为制冷碘分子吸收池提供足够的饱和蒸气压并减小外界温度波动对量子参考谱线的影响；泵浦激光与探测激光反向共轴通过所述光路倍增系统，经过三次折叠光路，实现四倍碘分子吸收池长度的实际吸收长度。

2.根据权利要求1所述基于脉冲调制宽谱梳齿型激光的碘分子光钟，其特征在于，所述激光系统由窄线宽激光器和倍频系统组成；窄线宽激光器采用Nd:YAG固体激光器，激光由Nd:YAG激光经倍频得到，其具有开环频率和功率稳定性、窄的线宽和精密频率的调谐特性；或使用半导体532nm激光，532nm激光由Nd:YAG激光经倍频得到。

3.根据权利要求1所述基于脉冲调制宽谱梳齿型激光的碘分子光钟，其特征在于，所述碘分子吸收池光路倍增系统还包括用于解决碘分子吸收池两端窗口片上的多次透射及反射棱镜的多次反射带来杂散光问题而在碘分子吸收池前后两端分别设置的第一四孔光阑和第二四孔光阑。

4.根据权利要求1所述基于脉冲调制宽谱梳齿型激光的碘分子光钟，其特征在于，所述激光鉴相及高速伺服控制电路包括用于产生射频调制信号的信号源、对高速光电探测器信号进行混频解调的混频器、产生伺服信号的高速伺服反馈电路；信号源产生的射频调制信号分为两路，一路输入至电光相位调制器中对泵浦激光进行相位调制，另一路输入至混频器中，与高速光电探测器信号进行混频解调后得到误差信号；误差信号通过高速伺服反馈电路后，产生的伺服信号反馈至电源控制系统的快速反馈端口和慢速反馈端口，实现高速全带宽锁定。

5.根据权利要求1所述基于脉冲调制宽谱梳齿型激光的碘分子光钟，其特征在于，所述任一两相邻梳齿之间的频谱间隔为1～5MHz可调进一步包括：碘分子饱和谱线宽为400kHz，梳齿之间的频率间隔大于两倍的谱线线宽。