[发明专利]一种高精度光学频率合成装置在审

专利信息
申请号: 202010841556.9 申请日: 2020-08-20
公开(公告)号: CN113917764A 公开(公告)日: 2022-01-11
发明(设计)人: 姚远;蒋燕义;马龙生 申请(专利权)人: 华东师范大学
主分类号: G02F2/00 分类号: G02F2/00
代理公司: 上海申蒙商标专利代理有限公司 31214 代理人: 黄明凯
地址: 200062 上*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 高精度 光学 频率 合成 装置
【权利要求书】:

1.一种高精度光学频率合成装置,其特征在于所述合成装置包括多通道光学分频器和原子光钟;频率为nref的参考激光输入所述多通道光学分频器中,所述多通道光学分频器对所述参考激光进行分频,使输出激光的频率控制为nout = nref ¸ R0,其中,R0为所述多通道光学分频器对于所述输出激光的分频比值;同时,所述多通道光学分频器将所述原子光钟中的探测激光的频率控制为np = nref ¸ R1,其中,R1为所述多通道光学分频器对所述原子光钟中所述探测激光的分频比值;通过所述探测激光探测冷原子的钟跃迁谱线,然后通过伺服控制装置使得所述探测激光的频率np等于所述冷原子的跃迁频率noc,即np = nref ¸ R1= noc,从而校准所述参考激光的频率为nref = noc ´ R1,使得所述多通道光学分频器向外的所述输出激光的频率为nout = noc ´ R1 ¸ R0

2.根据权利要求1所述的一种高精度光学频率合成装置,其特征在于所述多通道光学分频器包括第一探测器、第二探测器、第一混频器、第二混频器、第三混频器、第四混频器、第五混频器、第六混频器、第一数字频率合成器、第二数字频率合成器、第三数字频率合成器、第四数字频率合成器、第五数字频率合成器以及射频信号发生器;

所述参考激光与光学频率梳在所述第一探测器进行拍频,得到所述参考激光与其相邻两个梳齿的拍频信号,两个所述拍频信号的频率分别表示为fb1 = nrefnN1fb1* = nN1+1nref,其中,nref为所述参考激光的频率,nN1nN1+1分别为所述参考激光的两个相邻所述梳齿的频率,nN1 = N1 ´ fr ± f0, nN1+1 = (N1 + 1) ´ fr ± f0N1是光梳梳齿的序数,fr是光梳重复频率,f0是光梳载波包络偏移频率;

两个所述拍频信号fb1fb1*分别与信号f0在所述第一混频器和所述第二混频器中进行混频,所述f0信号可由1f-2f自参考探测技术进行探测获得,混频后的信号分别为fb1# =nrefN1 ´ frfb1*# = nref − (N1 + 1) ´ fr,以消除两个所述拍频信号fb1fb1*中的信号f0

将混频后的信号fb1#fb1*#分别送入所述第一数字频率合成器和所述第二数字频率合成器,所述第一数字频率合成器和所述第二数字频率合成器的分频数分别为K1K2,以消除混频后的信号fb1#fb1*#中的信号fr;当N1 / K1 = (N1 + 1) / K2时,所述第一数字频率合成器和所述第二数字频率合成器输出信号在所述第三混频器进行混频后,产生混频信号d= nref / K1nref / K2;利用所述第三数字频率合成器将混频信号d的频率合成到10MHz,作为光频自参考频率基准,记为ftime = nref /k,其中k = K3 / (1 / K1 −1 / K2 ),其中,K3为所述第三数字频率合成器的分频数;

ftime作为所述射频信号发生器的频率基准,即可得到射频信号ftune = nref /K,其中,K = K3 ´ K4 / (1 / K1 −1 / K2 ),K4为所述射频信号发生器的分频数;

所述输出激光与光学频率梳在所述第二探测器上探测,探测信号的频率为fb2 = noutnN2,其中,nout为所述输出激光的频率,nN2是与所述输出激光相邻的光学频率梳梳齿的频率,nN2 = N2 ´ fr ± f0N2是光梳梳齿的序数;所述探测信号fb2与所述射频信号ftune在所述第四混频器进行混频,得到混频信号fb2 = fb2ftune

将所述探测信号fb1与所述混频信号fb2 分别与f0信号在所述第一混频器和所述第五混频器中进行混频,混频后的信号分别为fb1# = nrefN1 ´ frfb2# = noutftuneN2´ fr,以消除所述探测信号fb1与所述混频信号fb2中的f0信号;

将混频后的信号fb1#fb2#分别送入所述第四数字频率合成器和所述第五数字频率合成器,所述第四数字频率合成器和所述第五数字频率合成器的分频数分别为M1M2;当N1 /M1 = N2 / M2时,所述第四数字频率合成器和所述第五数字频率合成器在所述第六混频器进行混频后,产生混频信号D = nref / M1 – (noutftune)/ M2,所述混频信号D 作为误差信号由伺服反馈系统控制所述输出激光的频率,使所述混频信号D=0,所述输出激光被控制为nout = (M2 / M1) ´ nref + ftune

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