[发明专利]一种基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟及其实现方法

说明书

本发明提供一种基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟及其实现方法。本发明的基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟包括：657nm激光器、超稳激光稳频系统、第一分光镜、光放大器、光斑缩束装置、声光调制器、钙原子炉、423nm激光器、第二分光镜、原子束管、光电探测器以及伺服反馈控制电路。该原子束光钟稳定性高。

技术领域

本发明涉及光学频率标准技术领域，特别涉及一种基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟及其实现方法。

背景技术

光频原子钟(光钟)是通过将预稳定的激光来探测极窄的原子跃迁谱线形成的。在光钟的形成过程中，几乎不受干扰的量子态和高相位相干性的激光器相结合，能够产生高稳定度的激光源。现如今，光钟在基础物理研究和先进应用技术方面等研究进展中发挥着巨大的作用，促进了在光学领域对于秒的重新定义。其中，先进应用技术方面包括引力波探测、超低相位噪声微波源、广义相对论检验和基于时钟网络的全球位势动态变化的检测等。

然而，现有的冷原子光钟具有体积庞大以及系统结构复杂的缺点，因而难以搬离实验室并实现室外应用，限制了冷原子光钟在与时频相关领域的发展。虽然热原子束光钟相较于现有冷原子光钟体积更小，可以搬运，但是现有的热原子束光钟还存在稳定性较差的缺点。

发明内容

本发明提供一种基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟，稳定度高，应用范围广泛。

本发明提供一种基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟的实现方法，该实现方法能够得到稳定的原子束光钟。

本发明提供一种基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟，其中，包括：包括：657nm激光器、超稳激光稳频系统、第一分光镜、光放大器、光斑缩束装置、声光调制器、钙原子炉、423nm激光器、第二分光镜、原子束管、光电探测器以及伺服反馈控制电路；

其中，所述钙原子炉喷射钙原子形成钙原子束，所述原子束管套设于所述钙原子束外部，所述原子束管沿钙原子喷射方向依次包括原子束管前窗、原子作用区以及原子束管后窗；

所述423nm激光器的出光端朝向所述第一分光镜，所述第一分光镜出射的423nm透射光进入所述原子束管前窗，产生423nm钙原子跃迁谱线，用于将423nm激光器锁定在原子谱线上；

所述657nm激光器的出光端朝向所述第二分光镜，所述第二分光镜的反射光出光端朝向所述超稳激光稳频系统，所述超稳激光稳频系统的信号输出端与所述657nm激光器的伺服信号输入端连接；

所述第二分光镜的透射光出光端朝向所述光放大器，所述光放大器的出光端朝向所述声光调制器，所述声光调制器的出光端朝向所述光斑缩束装置，所述第二分光镜的透射光出光端出射的657nm透射光依次经光放大器、声光调制器以及所述光斑缩束装置进入所述原子作用区，产生657nm钟跃迁谱线；

所述第一分光镜出射的423nm反射光进入所述原子束管后窗，得到钟跃迁信号；

所述光电探测器的信号输出端与所述伺服反馈控制电路的信号输入端连接，所述伺服反馈控制电路的信号输出端与所述声光调制器的信号输入端连接，所述光电探测器被配置为探测并转化所述钟跃迁信号以得到误差信号，所述伺服反馈控制电路用于根据所述误差信号反馈控制所述声光调制器。

如上所述的原子束光钟，其中，还包括第一反射镜，所述光斑缩束装置出射的657nm透射光经M次反射形成4束657nm透射光，4束657nm透射光分别进入所述原子作用区，M≥3。

如上所述的原子束光钟，其中，4束657nm透射光相互平行。

如上所述的原子束光钟，其中，还包括第二反射镜，所述第二反射镜用于使所述423nm透射光射入所述原子束管前窗。

如上所述的原子束光钟，其中，还包括第三反射镜，所述第三反射镜用于使所述423nm反射光垂直进入所述原子束管后窗。