[发明专利]一种高对比度原子钟鉴频信号探测系统

说明书

一种高对比度原子钟鉴频信号探测系统,前置光学系统产生的线偏振光进入物理系统并与其中的铷原子相互作用后入射至后置光学系统，后置光学系统出射光传输至原子钟控制系统，原子钟控制系统的第一输出端与前置光学系统的控制端相连接、第二输出端与受控晶振的输入端相连接、第三输出端与微波频率综合器的控制端相连接，受控晶振的第一输出端提供一个标准频率输出、第二输出端输出原子钟频率信号至微波频率综合器作为参考信号，微波频率综合器输出的双微波脉冲进入物理系统；本装置相比于目前的正交偏振探测技术可以获得较大的磁致旋光角度，提高原子钟的探测灵敏度，从而提高原子钟的信噪比以及频率稳定度。

技术领域

本发明属于被动型气泡式原子钟技术领域，具体涉及到一种高对比度原子钟鉴频信号探测系统。

背景技术

卫星导航定位系统除了用于国防，还被广泛应用于经济和社会的各个领域，例如电信、交通运输、渔业、测绘、水利、和减灾救灾等。精确的时间基准对定位系统的作用尤其重要。因此，原子钟是全球卫星导航定位系统的最核心器件之一，其性能和水平在很大程度上决定着卫星导航定位系统的定位精度和授时精度。

脉冲光抽运铷原子钟因其结构简单、体积小、功耗低和可靠性高的特点，符合卫星载荷要求，非常适合空间应用，成为一种新型星载原子钟。脉冲光抽运铷原子钟操作时序控制部分将光抽运过程与微波激励过程在时间上分离开，避免了光作用对微波作用能级的影响，可以有效抑制光频移和腔牵引频移，因而提高原子钟中长期稳定度。

专利号为CN106773612A的“提高原子钟频率稳定度的系统及方法”将脉冲光抽运原子钟技术和正交偏振探测技术相结合，利用基于磁光旋转效应的正交偏振探测技术，可以消除探测光的背景光强，抑制散弹噪声和压制激光振幅与相位起伏的噪声，获得高对比度的钟跃迁谱线。同时，基于磁光旋转效应压缩了拉姆齐条纹的线宽。相较于传统的吸收法探测或荧光法探测，大幅提高原子钟的探测灵敏度以及频率稳定度。但是由于探测光是单次通过放置于微波腔体内的铷原子气室，其与气室中铷原子相互作用的有效传输光程受到限制，因此探测的偏振光旋光角度很小，导致探测器探测到的光功率很低，从而限制了原子钟的信噪比以及频率稳定度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足,提供一种具有较大的磁致旋光角度、提高原子钟的探测灵敏度从而提高原子钟的信噪比以及频率稳定度的高对比度原子钟鉴频信号探测系统。

解决上述技术问题采用的技术方案是：一种高对比度原子钟鉴频信号探测系统，用于生成线偏振光的前置光学系统，前置光学系统中的线偏振光入射到物理系统并与其中的铷原子相互作用后入射至后置光学系统，后置光学系统出射光入射至原子钟控制系统，原子钟控制系统的第一输出端与前置光学系统的控制端相连接、第二输出端与受控晶振的输入端相连接、第三输出端与微波频率综合器的控制端相连接，受控晶振的第一输出端提供一个标准频率输出作为原子钟频率、第二输出端输出原子钟频率信号至微波频率综合器作为参考信号，微波频率综合器输出的双微波脉冲入射到物理系统与其中的铷原子发生相互作用。

本发明的前置光学系统为：用于产生激光波长为铷原子D1或者D2跃迁线的激光器的光出射端依次设置有光学隔离器、半波片、偏振分束器，偏振分束器出射的光依次进入声光调制器、四分之一波片、零度全反射镜，声光调制器作为一个光学开关，其-1级衍射光用于光探测，光束经过零度全反射镜反射后原路返回偏振分束器，经偏振分束器透射的光束通过起偏器后变为线偏振光，起偏器出射的光经过第一平面反射镜反射后入射到物理系统。

本发明的物理系统为：原子气室内部充有铷原子与缓冲气体，原子气室放置于微波腔内部，微波腔外部缠绕有螺旋磁场线圈，微波腔两端相对间隔设置有第一反射装置和第二反射装置，第一反射装置、微波腔、第二反射装置均放置在三层磁屏蔽筒内，经第一平面反射镜反射的光进入原子气室内部与铷原子相互作用后射入后置光学系统。